JP2019534236A - 永久分極ハイドロキシアパタイト、その製造方法および使用 - Google Patents

Abstract

本発明は永久分極ハイドロキシアパタイトおよびそれを含む組成物または材料に関する。また本発明は永久分極ハイドロキシアパタイトを得るための方法および永久分極ハイドロキシアパタイトまたはそれを含む組成物もしくは材料の様々な使用に関する。

Description

本発明は、永久分極ハイドロキシアパタイト（permanently polarized hydroxyapatite）、該永久分極ハイドロキシアパタイトの製造方法および該永久分極ハイドロキシアパタイトの使用に関する。

ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）、すなわち、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２は、骨および歯などの生物学的硬組織の主要な無機成分である（参考文献１，２）。合成ＨＡｐは、生物系との相互作用に優れた能力を示し、生物医学的用途、例えば、薬物および遺伝子の送達、組織工学および骨修復に関して研究されてきた（参考文献３〜８）。

非晶質リン酸カルシウム（ＡＣＰ）と結晶性合成ＨＡｐ（ｃＨＡｐ）との間の重要な違いは、後者におけるｃ軸に沿ったＯＨ⁻イオンの配置である。ＯＨ⁻欠損がない化学量論的ｃＨＡｐの結晶構造は、室温で単斜晶系である（参考文献９，１０）。単斜晶系ｃＨＡｐは、約２１０℃で六方晶系の相に変化し、それはｃ軸に沿ったＯＨ⁻イオンの秩序立った配置から無秩序な配置への変化を意味する。熱相転移に加え、ＯＨ⁻欠損は相転移も引き起こす（参考文献９，１０）。この場合、六方晶系の相は、４〜１２のｐＨ範囲内のｃＨＡｐの最も安定した形態となるが、その理由としては、ＯＨ⁻基のカラム中の酸素ラジカルの存在および空孔（vacancy）の存在によって引き起こされた無秩序のためである。ｃＨＡｐの電気的および誘電的な特性は、熱により引き起こされたＯＨ⁻イオンの位置の変化によって変更されることが見いだされたものの（参考文献１１〜１３）、観察された分極効果は室温で安定していなかった（即ち、ＯＨ⁻の再再配向（re-reorientation）の緩和時間（relaxation time）は短い）。

山下および共同研究者（co-workers）（参考文献１４，１５）は、事前に１２５０℃で２時間焼結したサンプルに、１．０〜４．０ｋＶ／ｃｍの一定のＤＣ電場を印加することにより、多結晶性ＨＡｐサンプルにおける疑似的な永久分極効果を引き起こした。この取組みは、＜７００℃の温度で、一定の電場に基づくものである。熱により刺激された脱分極電流（ＴＳＤＣ）測定によって決定された最大電流密度（〜１０^−９Ａ／ｃｍ^２）は、分極工程での温度が４００℃に固定された際に得られた。実際、電流密度は、分極温度が４５０℃を超えた際に急速に低下することが観察された。結果では、分極が、結晶粒の内部での欠損の生成、および粒子境界内に発生した空間電荷分極（space charge polarization）の生成に関連した電気双極子による帰結であることが示された。熱的に刺激された分極プロセスは、ＨＡｐ表面の性質に異なる影響を与えることが見いだされた（参考文献１６，１７）。分極の影響は、ｃＨＡｐの表面の粗さ、結晶度および構成要素に対する影響を示さなかったが、湿潤性（参考文献１６）および骨芽細胞の接着性は、調製されたものに対してよりも、分極サンプルに対しての方が高かった（参考文献１７）。後者の現象は、非極性ｃＨＡｐ表面と比較して表面自由エネルギーが増加したことに起因する。

この点で、文書ＥＳ２３２３６２８では、調製した粉末を１２００℃で１〜５時間、所与の方法にて焼結させることにより、固溶体中にカルシウムハイドロキシアパタイトを得ることが開示されている。セラミック材料は、１０００℃以上の温度（Ｔ）、または１００．０００Ｖ／ｃｍを超える一定の電場で分極することができる。しかしながら、そのような条件でエネルギーは保存されないので、１０００℃未満または１０〜１００．０００Ｖ／ｃｍの間の電圧下で行うほうがよい。

Fu, Congらは、「Hydroxyapatite thin films with giant electrical polarization」, Chemistry of Materials (2015) 27 (4), 1164-1171において、チタンおよびステンレススチールの電極上に形成された炭酸ハイドロキシアパタイト、および０．３Ｍの尿素を含有する溶液を使用した２００℃での追加の熱水結晶化（hydrothermal crystallization）が、１平方センチメートル当たりに６６．０００マイクロクーロン超の蓄積電荷で分極を示すことが見いだされた。さらに、この炭酸ハイドロキシアパタイト上に示された分極は温度に依存し、永久ではない。対照的に、本発明は炭酸ハイドロキシアパタイトを開示せず、目的は永久分極を得ることである。

最近、本発明者らは、調製したＡＣＰおよびｃＨＡｐの、異なるホスフェートおよびバイオホスホネート（ＢＰ）と相互に作用するための能力を検証したが（参考文献１８）、これは生物医学的用途のためのバイオマテリアルの分野に非常に関係がある題材である。したがって、哺乳類で見つかったオルトホスフェートポリマーであるポリホスフェート（ｐｏｌｙＰ）（参考文献１９）は、ＨＡｐに吸収された際に骨再生を促進する（参考文献２０〜２４）。具体的には、ｐｏｌｙＰは、基本的な細胞増殖および分化を安定させて骨再生を増強する（参考文献２５〜２７）。さらに、他の研究では、ｐｏｌｙＰおよびピロホスフェート（Ｐ_２Ｏ_７ ^４−）がＨＡｐ結晶の成長を阻害すると報告された（参考文献２８，１９）。より最近では、Grynpasおよび共同研究者（参考文献３０）は、ｐｏｌｙＰの生産が、軟骨石灰化および骨形成に重要な役割を果たし、それが、強固な複合体の形成を介したホスフェート（ＰＯ_４ ^３−）およびカルシウム（Ｃａ^２＋）の局所蓄積に起因することを提案した。この仮説は、ＨＡｐへのｐｏｌｙＰの吸着、および、Ｃａ^２＋−ｐｏｌｙＰ複合体におけるｐｏｌｙＰの加水分解相関関係と、ＰＯ_４ ^３−およびＣａ^２＋の濃度の増大との間の相関関係の両方によって支持されている。他方、ＢＰでは、ピロホスフェートのリン酸基を連結する酸素原子が炭素原子によって置換され、その結果、加水分解的および酵素的分解の両方の抑制が生じる（参考文献３１）。２つの種の間の強い水素結合の形成に関連する第三級炭素原子にアミノ基を組込むことにより、ＨＡｐへのＢＰの親和性は増加する（参考文献３２，３３）。更に、ＢＰは様々な骨疾患（例えば、骨粗鬆症、骨のページェット病、および骨に転移した悪性腫瘍）に対する現在の薬学的な戦略（arsenal）における主要な薬剤である（参考文献３４）。

最近の研究では、調製されたＡＣＰおよびｃＨＡｐへのｐｏｌｙＰおよびＰ_２Ｏ_７ ^４−の吸着が、異なる吸着質濃度を使用して得られた結果を比較して会合過程における制限がいくつか見いだされたものの、塩基性のｐＨ９に対してｐＨ７で有利であることが証明された（参考文献１８）。アミノ−トリス（メチレンホスホン酸）（以下ＡＴＭＰと表示）の吸着に関する研究は、ＡＣＰおよびｃＨＡｐのこのＢＰへの親和性がｐｏｌｙＰおよびＰ_２Ｏ_７ ^４−への親和性よりも低いことを示唆した。

M. Ueshima、S. Nakamura、M.Oghaki、K. Yamashita、Solid State Ionics 2002、151, 29-34（参考文献６３）では、沈殿反応を通じてＨＡｐ粉末を調製し、次に粉末を単軸でプレスしてペレット剤にし、水蒸気流下で１２５０℃で２時間それらを焼結させることによる、生物活性（ＨＡｐ）材料の分極が開示されている。得られた試験片は、Ｐｔ電極の間にはさまれ、空気中でそれぞれ室温、３００℃および８００℃に加熱され、１時間、１および１０ｋＶ／ｃｍのＤＣ電場で電気的分極処理に供され、その後、分極下で室温に冷却される。

M.Nakamura、Y.Sekijima、S.Nakamura、T.Kobayashi、K. Niwa、K. Yamashita、J.Biomed. Mater. Res. 2006、79A、627-634（参考文献６２）では、材料および方法の章で示されるように、分極したＨＡｐサンプルの調製であって、特に、焼成が１２５０℃で２時間、飽和水蒸気の大気中で行われ、サンプルが、３００℃で１時間、空気中の一対の白金電極を用いて１．０ｋＶｃｍ^−１のＤＣ電場で電気的に分極される調製が開示されている。前記分極されたＨＡｐは、ラットの脛骨へ移植され、移植されたＨＡｐと血液凝固成分との間の相互作用が検出された。電気的な分極によって引き起こされた、増強された骨誘導性の機序も論述されている。

このような状況の下、上記を考慮して、本発明者らは、驚くべきことに、下記に示されるような広範囲の使用可能性に関連する特定の電気化学的かつ電気的な特性を有する永久分極ハイドロキシアパタイトを得ることが可能であることを見出した。

本発明の第一の態様は、永久分極ハイドロキシアパタイトおよびそれを含む組成物または材料に関する。

本発明の第二の態様は、永久分極ハイドロキシアパタイトを得るための方法に関する。

本発明の第三の態様は、永久分極ハイドロキシアパタイトを得るための別の方法に関する。

本発明の第四の態様は、本発明の第二または第三の態様による方法によって得たまたは得られる永久分極ハイドロキシアパタイトに関する。

本発明の第五の態様は、永久分極ハイドロキシアパタイトの異なる使用に関する。

図１は、（ａ）ｃＨＡｐおよび（ｂ）ＡＣＰのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。 図２は、本実施例で研究されたｃＨＡｐ粒子およびＡＣＰ粒子のＸ線回折パターン：（ａ）ｃＨＡｐ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐ；ならびに（ｂ）ＡＣＰ／ｐおよびＡＣＰ／ｔｓｐを示す図である。ｃＨＡｐおよびＡＣＰのサンプルは、２θ＝３２°〜３４°でのピークによって同定された。 図３は、（ａ）ｃＨＡｐ／ｐ、（ｂ）ｃＨＡｐ／ｓおよび（ｃ）ｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプル：Ｐ２ｐ、Ｃａ２ｐおよびＯ１ｓ領域についての高解像度ＸＰＳスペクトルを示す図である。 図４は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃ／ＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐ粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。 図５は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃ／ＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて：（ａ）コントロールボルタンモグラム（control voltammogram）ならびにＰＢＳ中の連続する酸化還元サイクルの数とともに（ｂ）電気活性（electroactivity）（方程式（Ｅｑｎ）２中のＬＥＡ）の損失、および（ｃ）特定の電気容量（方程式３中のＣ）の両方の変化を示す図である。 図６は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐの（ａ）ナイキストおよび（ｂ）ボードの線図を示す図である。（ｃ）ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて記録された実験データに適合するために使用した等価的電気回路（ＥＥＣ：electrical equivalent circuit）：Ｒｓが電解質抵抗性、ＣＰＥ_ｂおよびＲ_ｂが、それぞれバルク一定の相元素および抵抗性であり、ＣＰＥ_ｄｉが二重層容量の寄与である。白塗りの記号は位相角の値に相当するが、実線（solid）の記号はＬｏｇ｜Ｚ｜に相当し、黒線は適合させたプロファイルに相当する。図ａ）中の挿入図は高周波でのナイキスト挙動を表す。 図７は、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの存在下でのインキュベーション前後のｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルの第一および第二のＦＢＳ降下の接触角（黒および灰色でそれぞれθ_ＦＢＳおよびθ'_ＦＢＳ）を示す図である。 図８は、ｐＨ７で（ａ）ｐｏｌｙＰ（２００ｍＭ）、（ｂ）Ｐ_２Ｏ_７ ^４−（１００ｍＭ）、および（ｃ）ＡＴＭＰ（２００ｍＭ）の存在下でインキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのＦＴＩＲスペクトルを示す図である。矢印は異なる吸着質の吸着を同定するために使用されるバンドおよびショルダーの位置を示す。 図９は、（ａおよびｃ）ｃＨＡｐ／ｓならびに（ｂおよびｄ）ｃＨＡｐ／ｔｓｐについて：、インキュベーションされていないサンプルならびにＰ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの存在下でインキュベーションされたサンプルに対するＰＢＳ中の連続する酸化還元サイクルの数とともに、（ａおよびｂ）コントロールボルタンモグラムならびに（ｃおよびｄ）電気活性の損失の変化を示す図である。 図１０は、２θ＝３２°〜３４°でのピークによって同定されたｃＨＡｐ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｓサンプルのＸ線回折パターンを示す図である。 図１１は、ＡＣＰ／ｐ、ＡＣＰ／ｓおよびＡＣＰ／ｔｓｐ粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。ＡＣＰ／ｐ中に見いだされたナノスフェア的な形態は、ＡＣＰ／ｔｓｐにおいて紡錘状のナノロッドへ変形する一方、２つの形態は、ＡＣＰ／ｓ中に共存するようである。 図１２は、ＡＴＭＰ、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−およびｐｏｌｙＰの存在下でのインキュベーション前後の（ａ）ｃＨＡｐ／ｓおよび（ｂ）ｃＨＡｐ／ｔｓｐのサンプルのためのＮａ１ｓ領域の高解像度ＸＰＳスペクトルを示す図である。 図１３は、ＡＴＭＰの存在下でのインキュベーション前後の（ａ）ｃＨＡｐ／ｓおよび（ｂ）ｃＨＡｐ／ｔｓｐのサンプルのためのＮ１ｓ領域の高解像度ＸＰＳスペクトルを示す図である。 図１４は、ｃＨＡｐ／ｐについて：インキュベーションされていないサンプルおよびＰ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの存在下でインキュベーションされたサンプルについて、ＰＢＳ中の連続する酸化還元サイクルの数とともに、（ａ）コントロールボルタンモグラムならびに（ｂ）電気活性（方程式２中のＬＥＡ）の損失の変化を示す図である。 図１５は、単独かつｐＨ７でｐｏｌｙＰ（２００ｍＭ）、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−（１００ｍＭ）および（ｃ）ＡＴＭＰ（２００ｍＭ）の存在下でインキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｓのためのａ）ナイキスト（nyquist）、（ｂ）ｌｏｇ｜Ｚ｜、および（ｃ）位相角のプロットを示す図である。 図１６は、単独かつｐＨ７でｐｏｌｙＰ（２００ｍＭ）、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−（１００ｍＭ）および（ｃ）ＡＴＭＰ（２００ｍＭ）の存在下でインキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｔｓｐのためのａ）ナイキスト、（ｂ）ｌｏｇ｜Ｚ｜、および（ｃ）位相角のプロットを示す図である。 図１７は、ＰＢＳ中のｃＨＡｐ／ｐ、ｃ／ＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのためのコントロールボルタンモグラムを示す図である。ボルタンモグラムの陽極および陰極領域によって定義される電気化学活性は、ＨＡｐ／ｓおよびＨＡｐ／ｐおよびコントロール（ステンレススチール、ＡＩＳＩ ３０４、電極）よりもＨＡｐ／ｔｓｐで顕著に高い。 図１８Ａは、結晶性の無秩序な相（非晶質リン酸カルシウム）の共存が存在する場合の、合成（ｃＨＡｐ／ｐ）によって得られるようなＨＡｐサンプルの^３１Ｐスペクトルを示す図である。結晶度は４３％である。弱いシグナルは恐らく水素ホスフェートおよび二水素ホスフェートによるものである。 図１８Ｂは、再組織化が観察される場合の、焼結したＨＡｐサンプル（ｃＨＡｐ／ｓ）の^３１Ｐスペクトルを示す図である。いくつかの結晶および無秩序な相（非晶質リン酸カルシウム）の共存も存在する。結晶度は６５％である。弱いシグナルは恐らく水素ホスフェートおよび二水素ホスフェートによるものである。 図１８Ｃは、結晶度が７６％である場合の、本発明（ｃＨＡｐ／ｔｓｐ）による永久分極後のＨＡｐサンプルの^３１Ｐスペクトルを示す図である。弱いシグナルはもはや存在しない。 図１８Ｄは、図１８Ａ〜Ｃからの重複するスペクトルを示す。 図１９は９５℃で２４時間反応させた後に得られたセット１サンプル（表４）の^１Ｈ（ａ）、^１３Ｃ（ｂ）および^３１Ｐ ＮＭＲ（ｃ）スペクトルを示す図であり、層システムを調製するために５ｍＭ ＺｒＯＣｌ_２溶液を使用した。 図２０は、Ｇｌｙ／Ｐｈｏｓ（○）、Ａｌａ／Ｐｈｏｓ（□）、（Ｇｌｙ＋Ａｌａ）／Ｐｈｏｓ（◆）、およびＧｌｙ／Ａｌａ（▲）の、（ａ）５ｍＭ ＺｒＯＣｌ_２溶液から調製したセット１サンプル（表４）を使用して９５℃で行った反応時間、（ｂ）同一のサンプルを使用して２４時間の間に行った反応の温度、および（ｃ）９５℃で２４時間のセット１サンプルを使用した反応について酸化ジルコニウム溶液の濃度、に対する比の変化を示す図である。 図２１は、（ａ）ｐ−ｃＨＡＰ、（ｂ）ｐ−ｃＨＡＰ＋Ｐｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓ、（ｃ）陰性反応後のｐ−ｃＨＡＰ＋Ｐｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓ（紫外線への曝露なし）、および（ｄ）陽性反応（９５℃で２４時間）後のｐ−ＣＨＡＰ＋Ｐｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓ：Ｎ１ｓおよびＺｒ３ｄ領域についての高分解能ＸＰＳスペクトルを示す図である。 図２２は、９５℃で２４時間の反応の（ａ）前および（ｂ）後のセット１サンプルのＳＥＭ顕微鏡写真（micrograp）を示す図であり、層システムの調製には５ｍＭ ＺｒＯＣｌ_２溶液が使用されている。 図２３は、ａ）９５℃で２４時間の反応の後のセット１サンプルのＦＴＩＲスペクトルを示す図であり、層システムの調製には５ｍＭ ＺｒＯＣｌ_２溶液が使用されている。挿入図では反応の（ｂ）後および（ｄ）前の上記サンプル、反応後（ｃ）のセット２サンプル、および（ｅ）グリシンとアラニン（２：１重量比）の混合物について１７００〜１５００ｃｍ^−１領域を比較している。 図２４は、分極ｃＨＡｐ／ｔｓｐ（ａ）およびセット１サンプルの９５℃で２４時間の反応の（ｂ）前および（ｃ）後に対応するＸ線回折パターンを示す図であり、層システムの調製には５ｍＭ ＺｒＯＣｌ_２溶液が使用されている。灰色の×印は反応後に消滅する触媒の特徴的なＸ線回折の反射を指摘する一方で赤色の×印は反応後に観察することができる新たな反射を指摘する。丸で囲まれた記号は反応の間により劇的に変化した反射を指示する。 図２５は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐ（我々の条件で調製）ならびに調製されたサンプルとのＮａｋａｍｕｒａらおよびＵｅｓｈｉｍａらの条件に従い調製した分極鉱物についての２０回の連続した酸化還元サイクル後のボルタンモグラムを示す図である。Ｎａｋａｍｕｒａらの条件（J. Biomed. Mater. Res. 2006, 79A, 627-634）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間の飽和水大気中における１２５０℃でのか焼（calcination）ｉｖ）３００または８００℃での１時間の１ｋＶ／ｃｍでの分極Ｕｅｓｈｉｍａらの条件（Solid State Ionics 2002, 151, 29-34）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間飽和水大気中における１２５０℃のか焼ｉｖ）３００または８５０℃での１時間の１０ｋＶ／ｃｍの分極 図２６は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐ（我々の条件で調製）ならびに調製されたサンプルとのＮａｋａｍｕｒａらおよびＵｅｓｈｉｍａらの条件に従い調製した分極鉱物についての酸化還元サイクルの数に対する電気化学活性の損失を示す図である。Ｎａｋａｍｕｒａらの条件（J. Biomed. Mater. Res. 2006, 79A, 627-634）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間の飽和水大気中における１２５０℃でのか焼ｉｖ）３００または８００℃での１時間の１ｋＶ／ｃｍでの分極Ｕｅｓｈｉｍａらの条件（Solid State Ionics 2002, 151, 29-34）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間飽和水大気中における１２５０℃のか焼ｉｖ）３００または８５０℃での１時間の１０ｋＶ／ｃｍの分極 図２７は、以下の条件：Ｎａｋａｍｕｒａらの条件（J. Biomed. Mater. Res. 2006, 79A, 627-634）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間の飽和水大気中における１２５０℃でのか焼ｉｖ）３００または８００℃での１時間の１ｋＶ／ｃｍでの分極Ｕｅｓｈｉｍａらの条件（Solid State Ionics 2002, 151, 29-34）：ｉ）室温での析出による合成；ｉｉ）２時間８５０℃での乾燥ｉｉｉ）２時間飽和水大気中における１２５０℃のか焼ｉｖ）３００または８５０℃での１時間の１０ｋＶ／ｃｍの分極で調製されたサンプルの電気抵抗および表面の静電容量についての本発明のシステムと当技術分野のものとの比較コントロール表である。 図２８は、３か月後の図２５のサンプルの再評価を示す図である。 図２９は、３か月後の図２７のサンプルの再評価を示す図である。

第一の態様において本発明は、永久分極ハイドロキシアパタイトであって、その結晶度が６５％超、好ましくは７０％超、より好ましくは７５％超であって、かつその対応するＲＭＮ^３１Ｐスペクトルが図１８Ｃに示されるものである永久分極ハイドロキシアパタイトに関する。

本発明において、用語「永久分極」は、ハイドロキシアパタイトが高い結晶度でほぼ完璧な、完全な構造的再分布（即ち、特に少ない量の非晶質リン酸カルシウム、ならびに増加した電気化学活性によって検出された空白の存在、および単位質量と表面あたりの蓄積電荷を伴って）を経たことを意味する。それには消滅しない電気化学活性およびイオン移動性がある。永久分極ハイドロキシアパタイトと対応する合成焼結させられたハイドロキシアパタイトとの間の化学的な差異は、図１８Ａ〜ＣによるＲＭＮ^３１Ｐスペクトルに示される。

図１８Ａ〜ＣはｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプル（本発明による）の固形状^３１Ｐ ＮＭＲスペクトルを表す。２．９ｐｐｍでｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐに存在する主要な共鳴のピークは、ハイドロキシアパタイトのバルクリン酸基ＰＯ_４ ^３−に対応する（参考文献５６）。ｃＨＡｐ／ｐと比較すると、ｃＨＡｐ／ｓおよびＨＡｐ／ｔｓｐサンプル両方の線の幅はより狭く、これは上述のχ_ｃの増大と一致している。ｃＨＡｐ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｓにおいて存在するおよそ［−１，０］ｐｐｍでの広範囲の信号および［０，１］ｐｐｍでのショルダーは、通常近接する無秩序の表層（disordered near surface layer）から発生するイオンプロトン化された表面のリン酸基に割り当てられる（参考文献５７）。確かに、ヒドロキシアパタイト粒子は、典型的には無秩序の非リン灰石性（non-apatitic）な表層に囲まれた秩序立ったハイドロキシアパタイトコアと説明される（参考文献５８）。ｃＨＡｐ／ｓ中に存在する４〜６ｐｐｍのショルダーも、その表層中の量が一定の閾値より大きい場合に表面ＨＰＯ_４ ^２−イオンに起因する（参考文献５９）。このｃＨＡｐ／ｓ中の表面ＨＰＯ_４ ^２−イオンの増加はｃＨＡｐ／ｓ粒子処理で適用された熱プロセスに起因するより無秩序な表層によってもたらされる。より異常な部位は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐ中に存在する、典型的なハイドロキシアパタイトのバルクのリン酸基ＰＯ_４ ^３−のたった一つのピークである。したがって、そのような粒子は、５００Ｖの一定のＤＣ電場における１０００℃で２時間の同時加熱からなる処理を受ける。この熱と電気の刺激プロセス（ＴＳＰ）プロセスは、ハイドロキシアパタイト表面特性に異なる影響を与えることが見いだされた（参考文献６０）。ハイドロキシアパタイトのように、表面はＯＨ⁻の位置の変化により変化（variation）を被る（参考文献６１）。従ってｐ−ｃＨＡｐにおける熱的および電気的に刺激された分極プロセスに起因してカラムから離れる表面ＯＨ⁻イオンの特徴（fingerprint）は、表面ＨＰＯ_４ ^２−イオンの消失、および対応する電荷の中和のための価電子バンドのホール（hole）の形成である。

本発明は、さらに本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物または材料に関する。

さらなる実施態様では、前記の組成物または材料は医療の、特に医薬の組成物または材料である。

別のさらなる実施態様では、前記の組成物または材料は、さらに次のうち少なくとも１種を含む：シリケート；生体適合性ポリマー、これに限定することなく、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸コグリコール酸（ＰＧＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、多糖類およびコラーゲンなどのタンパク質；好ましくはＭｇ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、およびＴｉ、より好ましくはＺｒから選択された有機金属化合物および金属イオン。

第二の態様では、本発明は好ましくは：
（ａ）７００℃〜１２００℃の温度でハイドロキシアパタイトおよび／または非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルを得る工程；
（ｂ）９００℃〜１２００℃の温度で少なくとも１分間、２５０Ｖ〜２５００Ｖの一定または可変の直流電圧を印加する工程、あるいは、
９００℃〜１２００℃の温度で少なくとも１分間、１．４９ｋＶ／ｃｍ〜１５ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程、あるいは、
９００℃〜１２００℃の温度で１０分未満の間、２５００Ｖ〜１５０００００Ｖの静電放電を印加する工程、あるいは、
９００℃〜１２００℃の温度で１０分未満の間、１４８．９ｋＶ／ｃｍ〜８９２８ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程；
（ｃ）一定もしくは可変の直流電圧または等価な電場を印加している間に前記サンプルを冷却する、好ましくは室温に冷却する工程、あるいは、
静電放電または等価な電場を印加している間に前記サンプルを冷却する、好ましくは室温に冷却する工程
を含んでなる第一の態様の実施態様のうちのいずれかに定義される、永久分極ハイドロキシアパタイトを得るための方法に関する。

方法およびその方法によって得られたまたは得られる永久分極ハイドロキシアパタイトは、特に次の利点を有する：
工程（ａ）において定義された焼結温度はＹａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（参考文献１４）のものより低く、有利的にいくつかの望ましくない相転移を回避する。

工程（ｂ）において定義された温度（いわゆる分極温度である）を使用して得られた永久分極ハイドロキシアパタイトの電流密度は、３５０℃〜４００℃の分極温度を使用するＹａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら^１４によって達成されたもの（それぞれ〜１０^−５Ａ／ｃｍ^２および〜１０^−９Ａ／ｃｍ^２）より数ケタ分高く、これは本発明者らの処置の成功を証明する。これは、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（参考文献１４）が、電流密度が４５０〜７００℃の間において減少することを見出したので予期しない結果であったことは注目に値する。発明者らの処置の成功は、焼結温度と非常に高い分極温度（９００℃〜１２００℃の間）の組み合わせに起因していた。

好ましい実施態様において、工程ａ）で得られたハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルおよび前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択される。より好ましくは、工程ａ）において得られたハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。

さらなる実施態様において、工程ａ）で得られた焼結サンプルはハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルおよび前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択されることが好ましい。より好ましくは、工程ａ）で得られた焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。

別のさらなる実施態様では、工程ａ）で得られた焼結サンプルはハイドロキシアパタイトと非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルおよび前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択されることが好ましい。より好ましくは、工程ａ）で得られた焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトおよび非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。

さらに別の実施態様において、工程ａ）で得られた焼結サンプルは非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。

焼結工程（ａ）はセラミックのその融点より低い温度での熱処理である。本件において、焼結工程は、７００℃〜１２００℃の間、好ましくは７００℃〜１１５０℃の間、より好ましくは８００℃〜１１００℃の間、最も好ましくは約１０００℃で行われる。

また重要なことは、本発明の第二の態様による方法は、当技術分野で開示されているように、一定の直流電圧（工程（ｂ）を参照）および／または一定の電場をかける。一定の直流電圧がかけられた場合、対応する電場は０である。

さらなる実施態様では、一定または可変の直流電圧あるいは等価な電場は、０．５時間〜１．５時間の間、工程（ｂ）中に適用する。別の実施態様では、一定または可変の直流電圧あるいは等価な電場は、約１時間、工程（ｂ）中に適用する。

別のさらなる実施態様では、工程（ｂ）中に適用した直流電圧は約５００Ｖである。そのような直流電圧は３．０ｋＶ／ｃｍの一定の電場と等しいであろう。

さらに別の実施態様では、工程（ｂ）における温度は少なくとも１０００℃である。

第三の態様では、本発明は次の：
（ａ）ハイドロキシアパタイトおよび／または非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルを得る工程；
（ｂ）（ａ）で得られたサンプルを９００℃〜１２００℃で加熱する工程；
（ｃ）少なくとも１分間、２５０Ｖ〜２５００Ｖの一定または可変の直流電圧を印加する工程、または
少なくとも１分間、１．４９ｋＶ／ｃｍ〜１５ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程、または
１０分未満の間、２５００Ｖ〜１５０００００Ｖの静電放電を印加する工程、または
１０分未満の間、１４８．９ｋＶ／ｃｍ〜８９２８ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程；
（ｄ）直流電圧または等価な電場を維持しているサンプルを冷却する、好ましくは室温に冷却する工程、または
静電放電または等価な電場を維持しているサンプルを冷却する、好ましくは室温に冷却する工程
を含む、好ましくは第一の態様のいずれかの実施態様で定義された永久分極ハイドロキシアパタイトを得る方法に関する。

好ましい実施態様では、工程ａ）で得られたハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、および前記の焼結サンプルの混合物からなる群から選択される。より好ましくは、工程ａ）で得られたハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。

さらなる実施態様において、工程ａ）で得られた焼結サンプルはハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルおよび前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択されることが好ましい。より好ましくは、工程ａ）で得られた焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルである。

別のさらなる実施態様において、工程ａ）で得られた焼結サンプルはハイドロキシアパタイトおよび非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルは、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、および前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択されることが好ましい。より好ましくは、工程ａ）で得られた焼結サンプルは結晶性ハイドロキシアパタイトおよび非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。

さらに別の実施態様において、工程ａ）で得られた焼結サンプルは非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである。

焼結工程（ａ）はセラミックのその融点より低い温度での熱処理である。本件の場合において、焼結工程は、好ましくは７００℃〜１２００℃の間、より好ましくは７００℃〜１１５０℃の間、一層より好ましくは８００℃〜１１００℃の間、最も好ましくは約１０００℃の温度で行われる。

また重要なことには、本発明の第三の態様による方法は、当技術分野で開示されている一定の直流電圧（工程（ｃ）を参照）および／または一定の電場をかける。一定の直流電圧がかけられる場合、対応する電場は０である。

さらなる実施態様では、一定または可変の直流電圧あるいは等価な電場は、０．５時間〜１．５時間、工程（ｃ）中にかけられる。別の実施態様では、一定または可変の直流電圧あるいは等価な電場は、約１時間、工程（ｃ）中にかけられる。

別のさらなる実施態様において、工程（ｃ）中にかけられた直流電圧は約５００Ｖである。

さらに別の実施態様において、工程（ｂ）中の温度は少なくとも１０００℃である。

本発明の第二の態様による方法の文脈において言及された利点は、本発明の第三の態様による方法に同様に当てはまる。

第四の態様において本発明は本発明の第二の態様または第三の態様による方法によって得られる、永久分極ハイドロキシアパタイトに関する。永久分極ハイドロキシアパタイトおよび方法のさらなる特徴および利点については、本発明の第一および第二の態様に記載された実施態様が参照される。

第五の態様において本発明は永久分極ハイドロキシアパタイトの以下の使用に関する。

さらに本発明は、生物医学的用途における本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。好ましくは、当該生物医学的用途は歯のセメント質、骨、人工器官、医療機器、薬物送達、遺伝子療法および組織再生から選択される。

さらに本発明は、電極としての本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような前記永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物または材料の使用に関する。

さらに本発明は、ポリマーをドーピングするための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。

さらに本発明は、触媒としての、好ましくは光電気触媒（photoelectrocatalyst）または電気触媒としての本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。好ましくは、触媒としての使用は有機分子、特にアミノ酸、好ましくは天然アミノ酸を合成するための反応においてである。有利的には、永久分極ハイドロキシアパタイトは以下にさらに説明されるように優れた触媒的性能および高い吸着容量を示すかもしれない。

本発明者らは、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような前記永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料が（ジルコニウム）アミノトリス（メチレンホスホン酸）に基づく、層状の、特に三層状の触媒系における成分として使用することができ、これはグリシンおよびアラニンなどの天然アミノ酸の合成に触媒作用を及ぼすことを可能にする。この合成は固形状で有意な収率で行われ、ＮＭＲ分光法によって実証されるような顕著な副産物をもたらすことなく行われる。反応は比較的低温（７５〜１０５℃）、短時間（例えば２４時間未満）および低圧（例えば５０ｂａｒ未満）で行うことができるものの、紫外線への曝露は不可欠である。触媒は、窒素源としての役割を果たす分子としての窒素を固着し、ＣＯ_２を吸着することができる。二酸化炭素およびメタンは、カルボン酸基およびメチレン基およびメチル基の両方の生産それぞれに関係している。その誘電性挙動を修正し、イオン移動性に寄与する触媒に水も影響を及ぼす。以前のプレバイオティクス合成において提案されるような大容量の水中における反応物の溶解を回避して、固形状に進行することができるアミノ酸などの有機分子の新しく清潔な合成方法が提供されるので、これらの結果は非常に興味深い。また分子窒素を固定する能力および穏やかな還元雰囲気（Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＣＨ_４）の使用は、新しい触媒系は顕著な点である。この驚くべき使用は、可能性の低い還元雰囲気（Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４、ＮＨ_３およびＨ_２）の代わりに穏やかな還元雰囲気（即ち、Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４、Ｎ_２およびＣＯ_２を含む）からアミノ酸を得るためにこの触媒族を使用する可能性を開くものである。さらに、ＣＯ_２の吸着によるこの触媒の使用は、大気中のＣＯ_２の量を低減させながら有機化合物を得ることを可能にし、これは大気中の多量のＣＯ_２濃度に起因する既存の環境問題（グリーンハウス効果）に対して明確な寄与を示すことである。

この触媒は、以降Ｐｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓと省略される、効率的なオキシ塩化ジルコニウムおよびアミノトリス（メチレンホスホン酸）の三層状システムに基づくものである。しかしながら、三層状システムを支える化合物は、第一のホスホネート層を適切に支える決定的なルールの役割を果たすべきである。またこの特徴は層状のシリケート（例えばナトリウムモンモリロナイト）、層状のアルミノシリケート（例えば雲母）およびそのカルシウムイオンと配置されたホスホネート層との間の強いイオン相互作用を確立することができるリン酸カルシウム系化合物（ＨＡｐ、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２））からの結果を比較して評価されるだろう。熱により刺激された分極ＨＡｐへの適用は、ホスフェートおよびホスホネート（特にアミノトリス（メチレンホスホン酸）、ＡＴＭＰ）の処理を行っていない（合成された状態の）ＨＡｐ粒子に対する吸着を著しく増加させた一方で、電気化学的な活性および安定性、ならびに導電率を増強させた（この方法に関する詳細については実施例の章を参照）。

さらに本発明は、有機分子を支える、好ましくは吸着するための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。好ましくは、当該分子は、炭水化物、アミノ酸、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、生体高分子およびＡＴＰから選択される。より好ましくは、前記生体高分子はポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸コ−グリコール酸（ＰＧＬＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、多糖類、およびタンパク質および有機金属化合物から選択される。

さらに本発明は、ピロホスフェート、トリホスフェート、トリホスホネート、および／またはポリホスフェートなどのリンを含む化合物を支える、好ましくは吸着するための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。ポリホスフェートは、１〜５０，０００のモノマー単位を有する任意のポリホスフェートまたはそれらの任意の組み合わせから選択されることが好ましい。

さらに本発明は、有機金属化合物、好ましくは金属ホスホネートを支える、好ましくは吸着するための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。有機金属化合物は、好ましくは金属イオンを含む化合物であって、この金属イオンは遷移金属、ランタニドおよびそれらの組み合わせからなる群から選択されるものである。より好ましくは、有機金属化合物は金属イオンを含んでいる化合物であって、この金属イオンはＳｒ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｔｉおよび少なくとも２種の前記化合物の混合物からなる群から選択される。

さらに本発明は、分子認識、好ましくはラセミ分割のための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。さらに本発明は、骨粗鬆症などの骨分解および／または骨悪性腫瘍の治療に使用するための、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。また本発明は、対象、好ましくはヒトの対象において、前記対象に治療上有効量の本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料を投与することを含む、骨粗鬆症などの骨分解および／または骨悪性腫瘍を治療する方法に関する。用語「治療上有効量」とは、任意の治療に適用可能な合理的な有益性／危険性の比で多少の所望の局所的または全身的な効果をもたらすような物質の量を意味する。そのような物質の治療上有効量は対象および治療する病態、対象の体重および年齢、病態の重篤度、投与の方法等に依存して変化し得、これらは当業者であればすぐに決定することができる。たとえば、本開示の特定の組成物は十分な量で投与することによってそのような治療に適用可能な合理的な有益性／危険性の比をもたらすことができる。

さらに本発明は疾患の治療で使用するＤＮＡ／ＲＮＡであって、ＤＮＡ／ＲＮＡが、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料を用いて投与されるＤＮＡ／ＲＮＡに関する。また本発明は、対象、好ましくはヒトの対象において、前記対象に治療上有効量のＤＮＡ／ＲＮＡを投与することを含む疾患の治療方法であって、ＤＮＡ／ＲＮＡが、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料を用いて投与される方法に関する。ＤＮＡ／ＲＮＡは疾患（即ち、癌、神経細胞の疾患または組織石灰沈着に関係する疾患）に関係する配列を含む二本鎖または一本鎖のＤＮＡまたはＲＮＡ、および前記ＤＮＡ／ＲＮＡの少なくとも２種の混合物からなる群から選択されることが好ましい。疾患は、限定することなく、軟骨形成不全、アルファ−１アンチトリプシン欠損症、抗リン脂質抗体症候群、自閉症、常染色体優性多発性嚢胞腎、乳癌、シャルコー＝マリー歯、結腸癌、猫鳴き症候群、クローン病、嚢胞性繊維症、ダーカム病、ダウン症候群、デュアン（Duane）症候群、デュシェンヌ型筋ジストロフィー、第Ｖ因子ライデン変異血栓形成（Factor V Leiden Thrombophilia）、家族性高コレステロール血症、家族性地中海熱、脆弱Ｘ症候群、ゴーシェ病、ヘモクロマトーシス、血友病、全前脳胞症、ハンチントン病、クラインフェルター症候群、マルファン症候群、筋緊張性ジストロフィー、神経線維腫症、ヌーナン症候群、骨形成不全症、パーキンソン病、フェニルケトン尿症、ポーランド症候群、ポルフィリン症、早期老化症、前立腺癌、色素性網膜炎、重症複合免疫不全症（ＳＣＩＤ）、鎌型赤血球症、皮膚癌、脊髄性筋萎縮症、テイ−サックス病、サラセミア、トリメチルアミン尿症、ターナー症候群、Ｖｅｌｏｃａｒｄｉｏｆａｃｉａｌ症候群、ＷＡＧＲ症候群、ウィルソン病を含む遺伝子障害、ならびに限定することなく、小動脈および大動脈、心臓弁、脳（この場合頭蓋石灰化として知られている）、ひざ関節、回旋腱板腱などの関節および腱に関係する疾患、胸、筋肉および脂肪、腎臓、膀胱、胆嚢などの軟組織に関係する疾患を含む、組織石灰化に関係する疾患からなる群から選択されることが好ましい。

さらに本発明は、固形状電池としての、本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。本明細書に使用されているように、固形状電池は固体電極と固体電解質の両方を有する電池である。グループとして、これらの物質はイオンの非常に良好な導体であり、良好な電解質および電極性能に必要であり、電子に対して本質的に絶縁であり、これは電解質において望ましいことであり、電極において望ましくない。高いイオン伝導性は、高い電子抵抗性がその自己放電率を最小化する一方で、電池の内部抵抗を最小化するので高出力密度が可能になり、それによりその電荷保持率が向上する。

さらに本発明は、自らのエネルギーを生成することができるチップであるエネルギーハーベスティング（energy harvesting）チップ内の構成成分としての本明細書に定義されるような永久分極ハイドロキシアパタイトまたは本明細書に定義されるような当該永久分極ハイドロキシアパタイトを含む組成物もしくは材料の使用に関する。エネルギーハーベスティングは周囲エネルギーの使用可能な電気エネルギーへの転化として定義される。電池等の一般的な保存要素内に保管されたエネルギーと比較した場合、環境は比較的枯渇し得ないエネルギー源を表す。従って、エネルギーハーベスティング（即ち捕捉（scavenging））法はエネルギー密度ではなく、それらの出力密度によって特徴づけられなければならない。

ここで本発明の範囲を制限することを意図していない以下の例を参照することによって本発明をさらに説明する。

永久分極ＨＡｐおよびＡＣＰを得る方法
材料
リン酸二アンモニウム［（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４；純度＞９９．０％］、３０％水酸化アンモニウム溶液（ＮＨ_４ＯＨ；純度：２８〜３０％）、ピロリン酸四ナトリウム（Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７）、三リン酸ナトリウム（ｐｏｌｙＰ）およびＡＴＭＰは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した。硝酸カルシウム［Ｃａ（ＮＯ_３）_２；純度＞９９．０％］をＰａｎｒｅａｃ（バルセロナ、スペイン）から購入した。エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ；純度＞９９．５％）をＳｃｈａｒｌａｂ（バルセロナ、スペイン）から購入した。接触角測定のためのウシ胎児血清（ＦＢＳ）をＧｉｂｃｏから購入した。

ＨＡｐとＡＣＰの合成
ＡＣＰとｃＨＡｐのサンプルを調製するために単純な手順を使用し、唯一の違いは反応液に適用した熱の後処理であった（参考文献３５）。試薬条件は１．６７のＣａ／Ｐ比を得るために調節した。ＡＣＰとｃＨＡｐの両方に、脱イオン化水（アンモニア３０％のｗ／ｗ溶液を用いて１１に調節されたｐＨ）中の１５ｍＬの０．５Ｍ（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４を、撹拌（４００ｒｐｍ）下、エタノール中の２５ｍＬの０．５ＭＣａ（ＮＯ_３）_２に滴下（２ｍＬ・分^−１の速度）して添加した。その後、反応混合物を室温で撹拌（４００ｒｐｍ）して１時間混合させた。ＡＣＰの場合、結果生じた懸濁液を３７℃で２４時間熟成させた一方でｃＨＡｐについては２４時間の間、熱水条件を適用した。熱水合成において、結晶成長は「オートクレーブ」と呼ばれるスチール圧力容器からなる装置（ニュートリエント（nutrient）は水と共にその中に仕込まれる）内で行われる。本件の場合、温度は１５０℃であり、圧力は２００ｂａｒであった。

両方の場合において沈殿物は遠心分離によって分離し、脱イオン化水および６０／４０ｖ／ｖエタノール−水の混合物で連続して洗浄した（２回）。凍結乾燥の後に白色粉体を回収した。この手順を使用して得られたＡＣＰおよびｃＨＡｐは「調製された」サンプルと表し、以降それぞれＡＣＰ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｐと省略する。

焼結プロセスおよび熱により刺激された分極プロセス
焼結したｃＨＡｐおよびＡＣＰサンプルは、以降それぞれｃＨＡｐ／ｓおよびＡＣＰ／ｓと表すが、空気中で２時間１０００℃にて前に合成した紛体を加熱することにより調製した。この温度はＹａｍａｓｈｉｔａと共同研究者によって使用された温度より低い（参考文献１４，１５）。この後に１０分間６２０ＭＰａで紛体を単軸にてプレスし、特徴化に適した密度の高いディスク体を得た。これらの試験片の寸法は１０ｍｍの直径×１．６８ｍｍの厚さであった。

熱により刺激された分極ＡＣＰおよびｃＨＡｐ（それぞれＡＣＰ／ｔｓｐおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐ）を得るためには、焼結サンプルのディスク体をステンレススチールプレート（ＡＩＳＩ ３０４）の間に挟み、空気中で１０００℃に加熱し、同時に、一定の直流電圧（Ｖ）の適用下で１時間分極した。本明細書に開示されるようなこの分極温度は、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者が使用した温度値（即ち＜７００℃）を下回り（参考文献１４，１５）、彼らは４５０℃より高い温度は分極プロセスに悪影響があり、分極サンプルの電流強度の低下につながると示した。続いて、直流電圧を維持して、サンプルを室温に冷却した。２５０〜２０００Ｖ（即ち１．４９〜１１．９ｋＶ／ｃｍの一定の電場）の範囲のＶ値を使用して事前アッセイを行い、最良の結果は５００Ｖ（即ち２．９８ｋＶ／ｃｍ）で得られた。従って、この作業に記載されたすべての実験は、Ｖ＝５００Ｖを使用した分極ＡＣＰ／ｔｓｐおよびｃＨＡＰ／ｔｓｐサンプルに相当する。

永久分極ＨＡｐおよびＡＣＰの特徴化
Ｘ線回折
結晶度と構造を広角Ｘ線回折（ＷＡＸＤ）によって研究した。Ｃｕ Ｋ_α放射（λ＝０．１５４２ｎｍ）およびＢｒａｇｇ−Ｂｒｅｎｔａｎｏの形状、シータ−２シータでＢｒｕｋｅｒ Ｄ８アドバンスモデルを使用して図形を得た。一次元のＬｙｎｘ Ｅｙｅ検出器を使用した。１０〜６０の２−シータ範囲、０．０２°の測定工程、および２〜８ｓの時間／工程で、４０ｋＶおよび４０ｍＡでサンプルを実行した。ＰｅａｋＦｉｔ ｖ４ソフトウェア（Jandel Scientific Software）で回折プロファイルを処理し、ＯｒｉｇｉｎＰｒｏ ｖ８ソフトウェア（OriginLab Corporation, U.S.A）でグラフの描写を行った。

（２１１）平面に垂直方向な結晶子サイズ（Ｌ）は、（２１１）ピーク幅を考慮したＸ線回折プロファイルおよびＳｃｈｅｒｒｅｒ方程式（参考文献３６）：
［式中、λは波長（ＣｕＫ_α）であり、βは（２１１）ピークの最大高さの半分の全幅であり、θは回折角であり、０．９は形状係数である］
を使用した線幅拡大測定に由来する。

結晶度（χ_ｃ）は、下記式（参考文献３７）：
［式中、Ｉ_３００が（３００）反射の強度であり、Ｖ_{１１２／３００}は非晶質サンプル中では消失する（１１２）と（３００）の反射の間の穴の強度である］
を使用して得られた。

Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）
ＸＰＳ分析は、分析器軸に垂直に置かれ、１５０Ｗで作動するｍｇ／ＡＩ（１２５３ｅＶ／１４８７ｅＶ）の高強度の一対の陽極Ｘ線源ＸＲ５０を備えたＳＰＥＣＳシステムにおいてＰｈｏｉｂｏｓ １５０ ＭＣＤ−９ ＸＰ検出器を使用して行なわれた。Ｘ線スポットサイズは６５０μｍであった。パスエネルギーは、調査および狭いスキャンのためにそれぞれ２５および０．１ｅＶに設定した。電荷補償は電子およびアルゴンイオンのフラッドガンの組み合わせで達成された。電子のエネルギーおよび放出電流はそれぞれ４ｅＶおよび０．３５ｍＡであった。アルゴンガンについては、エネルギーと放出電流はそれぞれ０ｅＶおよび０．１ｍＡであった。スペクトルは６ｘ１０^−９ｍｂａｒより下の圧力で０．１ｅＶ工程における２５ｅＶのパスエネルギーで記録した。電荷補償のこれらの標準状態は陰性であるが、完全に一定の静電荷の結果をもたらした。Ｃ１ｓピークは、２８４．８ｅＶの結合エネルギーで内部基準として使用された。高解像度ＸＰＳスペクトルはＳ字バックグラウンド減算後にＧａｕｓｓｉａｎ−Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ曲線フィッティングによって得た。表面組成は製造会社の感度因子を使用して決定された。

ＦＴＩＲ分光法
フーリエ変換ＦＴＩＲ ４１００ Ｊａｓｃｏスペクトロメーターを用いて１８００〜７００ｃｍ^−１の範囲において赤外線吸収スペクトルを記録した。加熱Ｄｉａｍｏｎｄ ＡＴＲ Ｔｏｐ−Ｐｌａｔｅとともに、ＳｐｅｃａｃモデルＭＫＩＩ Ｇｏｌｄｅｎ Ｇａｔｅ全反射吸収分光法（ＡＴＲ）機器を使用した。

形態
エネルギー分散Ｘ線（ＥＤＸ）分光法システムを備えた５ｋＶで作動するＦｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｚｅｉｓｓ Ｎｅｏｎ ４０ を用いて走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の研究を行った。サンプルは、アルミニウムのピンスタブ上の銀色ペンキに搭載されたシリコン盤に設置し、サンプルの帯電問題を防止するために、薄層の炭素でスパッターコーティングを行った。

接触形状測定
調製したＨＡｐディスク体の表面の粗さ（Ｒｑ）は針形状測定計（Ｖｅｅｃｏ、Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ、ＮＹ、ＵＳＡ）を使用して決定した。

接触角
ＳＣＡ２０ソフトウェア（Ｄａｔａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＧｍｂＨ、Ｆｉｌｄｅｒｓｔａｄｔ、ドイツ）でＯＣＡ １５ＥＣ上で室温にて液滴法を使用して測定を行なった。これらの実験に使用した溶剤は、脱イオン水およびＦＢＳであり、第一および第二の固着性滴状物両方に接触角を決定した（それぞれθおよびθ'）。θ測定について、適切な金属針（Ｈａｍｉｌｔｏｎ ５００μＬ）を備えたマイクロメーター注射器を使用して固着性滴状物をサンプルディスク体の表面に置いた。測定した滴状物の輪郭に数学上の関数を適合させるために楕円法を使用した。この手順は、楕円の線に滴状物の輪郭を近似させることからなり、正確な滴状物の形状からの偏差は数パーセントの範囲内である。楕円法は、接触角の正確な測定を提供し、かつ非常に迅速であるという優位性を有する。各溶媒については、１０個以上の滴状物を検査した。第一の滴状物に第二の滴状物を置いた後に１分間の平衡時間を適用しても、同一の手順を用いてθ'の測定が行なわれた。

水分の測定
ＨＡｐディスク体を１５時間オーブン（１００℃）の中で乾燥させた。この後、乾燥機内でサンプルは室温に達し、直ちに計量した。次にサンプルを１時間脱イオン化水の中で浸漬させた。サンプルは除去し、リントフリーの生地で軽くたたいて乾燥させ、計量した。重量パーセントでの増加分として表現された水分は以下のように計算した：
［式中、Ｍ_ｗはサンプルの水分であり、Ｗ_ｗはウェットサンプルの重量であり、Ｗ_Ｄは乾燥サンプルの重量である。Ｗ_ｗおよびＷ_ＤはＳａｒｔｏｒｉｕｓ ＣＰＡ２６Ｐの分析的マイクロバランスを使用して決定した］。

サイクリックボルタンメトリー（Cyclic voltammetry）（ＣＶ）
電気化学挙動は、室温にて窒素雰囲気（純度９９．９９５％において）下で３つの電極セルで、ＥＣＤモジュール（Ｅｃｏｃｈｉｍｉｅ、オランダ）を備えたＡｕｔｏｌａｂ ＰＧＳＴＡＴ３０２Ｎを使用してＣＶによって決定した。０．１Ｍのリン酸緩衝液食塩水（ＰＢＳ； ＮａＯＨで調整されたｐＨ＝７．２）は、３つの電極セル中で電解質として使用した。稼働中の区画は、３０ ｍＬの電解質溶液で充填した。稼働している電極と対向する電極の両方に１×１．５ｃｍ^２（厚さ０．１ｃｍ）のスチール製ＡＩＳＩ ３１６シートを使用し、Ａｇ｜ＡｇＣｌ電極をＫＣｌ飽和水溶液（オフセット電位対標準水素電極、２５℃でＥ^０＝０．２２２Ｖ）を含有している基準電極として使用した。この報告で付与された電位はすべて、この電極に関係する。上記のように調製されたＨａｐディスク体は、２側が粘着性の炭素層を使用して稼働中の電極上に固着させた。最初と最後の電位は−０．４０Ｖであった一方で、０．８０Ｖの逆転電位が考慮された。走査速度は５０ｍＶ／ｓであった。

電荷反転性を交換する能力を示す電気活性は、コントロールボルタンモグラムの陽極および陰極の領域間の類似点を検証することにより評価した。連続するコントロールボルタンモグラムの酸化および還元の領域とともに減少する電気化学安定性（即ち電気活性の損失、ＬＥＡ）は下記式を使用して決定した：
［式中、
ΔＱは第二サイクルと最終サイクルとの間の電解電量計上の電荷の差異であり、Ｑ_１１は第二サイクルに対応する電解電量計上の電荷である。この作業では、すべてのＬＥＡの値は１０００回の連続する酸化還元サイクルとして言及する。

ＨＡｐの電極中の特定の静電容量（ＳＣ；Ｆ／ｇで）は：
［式中、
Ｑは、サイクリックボルタンモグラム曲線の酸化部分または減少部分のいずれかを統合することにより決定される電解電量計上の電荷であり、ΔＶは電位窓であり、ｍは、稼働中の電極の表面上のポリマーの質量である］
として計算される。後者は生産性電流および重合電荷に由来する（参考文献３８）。

電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）
１０ｋＨｚ〜１０ｍＨｚの周波数範囲にてＡＵＴＯＬＡＢ ＰＧＳＴＡＴ３０２Ｎを使用して、ＥＩＳ測定を行い、正弦電圧の振幅は１０ｍＶであった。実験はすべて室温で行われた（carried）。適切なサイズにした（appropriated sized）フィルムをディスク形式にプレスし、分離された樹脂ホルダー内に組み立てられた２つのステンレススチール電極（直径＝１．５ｃｍ）の間に挟んだ（参考文献３９）。セルは一定の圧力での締まりを確保するためにスクリューで締めた。膜厚はマイクロメーターで決定して、１．６８〜２．００ｍｍの間であり、面積は約１．７６６ｃｍ^２であった。分析の前に（Prior analyses）、一晩オーブン内で１００℃にて加熱することによってサンプルを事前に乾燥させた。データ収集後、次にＥＩＳ結果を処理し、等価的電気回路（ＥＥＣ）に適合させた。

処理済みｃＨＡＰへの吸着
作業溶液中の吸着質の濃度はＰ_２Ｏ_７ ^４−については１００ｍＭであり、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの両方については２００ｍＭであり、一方でこの研究において考慮されたｐＨはすべての場合において７であった。以前の種（specie）の溶解性における制限のために、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−の濃度は他の２つの吸着質に対して使用したものの半分であった。インキュベーションについては、吸着質を有する５００μＬの作業溶液は５０ｍｇのｃＨＡｐ上に堆積させた。２５℃で一晩撹拌した後に、４℃で５分間の間６５００ｒｐｍの遠心分離によって付加物を分離させた。堆積物は蒸留水中で再懸濁させた。２回繰り返したこの方法の後に得られたペレット剤を３時間−８０℃で冷凍し、続けて凍結乾燥機を使用して湿度を取り除いた。

電気化学的アッセイおよび吸着アッセイのためのサンプルの化学的特徴化および選択
研究したｃＨＡｐおよびＡＣＰサンプルのＦＴＩＲスペクトルは、９５０〜１２００ｃｍ^−１の間を含む領域で典型的なＰ_２Ｏ_７ ^４−バンドを示すが、図１中で比較している。ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのスペクトルは、ｖ１＝９６２ｃｍ^−１ならびにＶ３＝１０１６および１０８７ｃｍ^−１でＰ_２Ｏ_７ ^４−の特徴的な振動モードを示し、３つのスペクトル間の類似性は焼結および分極した差異にｃＨＡｐ／ｐが著しい構造変化を受けないことを示した。コントロール的に、ＡＣＰ／ｓおよびＡＣＰ／ｔｓｐのスペクトルにおいて新しいバンドとショルダー（即ち９７０および１０３７ｃｍ^−１）、ならびに既存のバンドにおける推移（即ちそれぞれ９６３および１０９０ｃｍ^−１から９４７および１０９８ｃｍ^−１）は、熱および分極処理後のＡＣＰ／ｐにおける重要な構造の再編成を証明する。６００〜１０００℃の範囲の温度で加熱した粉末ＡＣＰサンプルは、Ｒａｙｎａｕｄらによって特徴化された（参考文献４０）。新しいＦＴＩＲバンドの出現は、ｃＨＡｐおよびリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）の相によって形成された構造の形成に起因していた。

ＷＡＸＤによるｃＨＡｐ粒子およびＡＣＰ粒子の構造の分析は、（２１１）（１１２）、および（３００）ＨＡｐ反射の特徴である２θ＝３２°〜３４°でのピークに集中した。ｃＨＡｐ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐに対して記録した回折パターンの間の比は、小さな構造変化（図２ａ）を明らかにするが、熱により刺激された分極プロセスは結晶性（χ_ｃ）および結晶子サイズ（Ｌ）の両方における重要な増加を引き起こす。したがって、ｃＨＡｐ／ｐおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルのχ_ｃは、それぞれ０．４２±０．０１と０．７５±０．０２であった一方でｃＨＡｐ／ｔｓｐ、Ｌ＝８６±２ｎｍ）の結晶子サイズはｃＨＡｐ／ｐ（Ｌ＝６１±２ｎｍ）より約４０％大きかった。χ_ｃおよびＬの変動はＯＨ⁻欠損の形成に起因していた。Ｆｕｊｉｍｏｒｉら（参考文献４１）はＯＨ⁻イオンは、８００℃超のＨＡｐマトリックスから漏出（scape）し、この脱水工程が空白およびＯ^２−イオンの形成を提供する。少量のＯＨ⁻欠損の誘導に加えて、そのような処理を適用することで単斜晶系〜六方晶系の熱相転移が生じる（参考文献４２〜４４）。六方晶系の相はＯＨ⁻イオンの位置の変化によって説明される秩序−無秩序相転移のために室温でもっとも安定となる（参考文献４２〜４４）。単斜晶系ＨＡＰおよび六方晶系ＨＡＰとの間の構造差は小さいものの（図２ａ）、それらのいくつかの特定に対して強力な影響を与えるには十分である（次の小節を参照）。この作業においてｃＨＡｐ／ｓ（χ_ｃ＝０．６５±０．０２およびＬ＝８６±３ｎｍ）に対して記録された回折パターンは、図１０においてｃＨＡｐ／ｐのものと比較される。

図３は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのＰ２ｐ、Ｃａ２ｐ、およびＯ１ｓ領域における特徴的なＸＰＳスペクトルを比較する。ｃＨＡｐ／ｐについては、それぞれ焼結および熱により刺激された分極の処理を適用すると、ＰＯ^３− _４陰イオン（参考文献４５，４６）から派生する１３２．２ｅＶを中心とする単一Ｐ２ｐピークがより高いおよびより低いエネルギーに向かう若干のシフト（Δ_ΒΕ＝＋０．４および−１．０ｅＶ）を経る。ｃＨＡｐ／ｐ^{４５、４７}について３４６．１および３４９．６ｅＶでそれぞれ検出されるＣａ２ｐ_３／２およびＣａ２ｐ_１／２ピークの結合エネルギーは、ｃＨＡｐ／ｓについては３４６．５および３５０．０ｅＶへの推移、ならびにｃＨＡｐ／ｔｓｐについては３４５．１および３４８．６ｅＶへの推移となる。これらの変動は、相転移に関連した構造変化の存在と完全に一致している。さらに、ＸＰＳによって決定される化学組成物の検査（表１に示される）は、熱により引き起こされたＯＨ⁻の形成と一致している。したがって、酸素の含有量は、ｃＨＡｐ／ｐに対してよりもｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐに対する方が約２重量％低い。興味深いことには、ｃＨＡｐ／ｐサンプルのＣａ／Ｐ分子比は、１．６７．の化学量論値に非常に接近している。しかしながら、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐはそのような理想値について少ない減少となる。他方では、０．２８〜０．４０重量％まで変動するｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐにおいて見いだされた窒素は大気からのＮ_２吸着に起因していた。

調製された際と、熱により刺激された分極プロセスを行った後のＡＣＰサンプルについて記録した回折パターン（それぞれＡＣＰ／ｐおよびＡＣＰ／ｔｓｐ）の比較は、図２ｂにおいて提供された。この場合、χ_ｃおよびＬの、ＡＣＰ／ｐについては０．０５±０．０２および５±１ｎｍ、ならびにＡＣＰ／ｔｓｐについては０．７４±０．０３から５２±３ｎｍの増加によって反映されるように変化は非常に大幅である。ＡＣＰ／ｐの結晶分画によって示された構造は、ｃＨＡｐ／ｐで観察されたものと同一である。しかしながら、焼結法は、β−リン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ：β−Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）の出現を促進する。２θ＝３１．３°および３４．６°での高いピークは、粉末回折基準のための合同委員会（ＪＣＰＤＳ）におけるβ−ＴＣＰカード（＃０９−０１６９）のものとよく一致するが、ＡＣＰ／ｔｓｐの微少相として共存するｃＨＡｐは、２θ＝３１．９°、３２．３°、３３．０°および３４．３°の持続的なピーク一によって調査された。これらの結果は、熱により刺激された分極プロセスがＡＣＰ／ｐの部分的分解を引き起し、β−ＴＣＰの形成につながることを示唆する。１１００℃でのＡＣＰ（ＡＣＰ／ｓ）焼結について異なる著者から同様の挙動（即ち電場を一切適用しない）が報告され（参考文献５，４７，４８）、この作業において空気中で２時間１０００℃にＡＣＰ／ｐを加熱（図示せず）することにより調整されたサンプルに対して得られた回折における我々の観察によって確証された。図１０に表示されたＳＥＭ顕微鏡写真は、熱的および電気的に処理した際のＡＣＰ／ｐサンプルにより行われた徹底的な構造変化を反映する。

ＡＣＰ／ｔｓｐ遷移におけるβ−ＴＣＰ相の優位を理由に、本作業の残り（即ち吸着能と同様に表面特定および電気化学的特性）は、ｃＨＡｐ／ｐとｃＨＡｐ／ｔｓｐの間の比較に集中した。完全性のために、そのような比較は焼結したｃＨＡｐサンプル（ｃＨＡｐ／ｓと命名）にまで拡大した。

表面特徴化
ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルの表面形態は、図４において比較されている。見受けられるように、ＳＥＭ顕微鏡写真は前に議論したＷＡＸＤ結果を確証する。ｃＨＡｐ／ｐサンプルは、層状の結晶および紡錘形のロッドからなり、同一の構成成分はｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐにおいても認識される。しかしながら、そのような構成成分の量は外部的処理、特に熱により刺激される分極の適用を行うと増加する。したがって、結晶は、ｃＨＡｐ／ｐおよびｃ／ＨＡｐ／ｓにおいてよりもＨＡｐ／ｔｓｐにおけるほうが大きく、これは上で議論したχ_ｃ変動と一致している。他方では、顕微鏡写真は結晶の量が増加するに伴い結晶子サイズが増加することを明白に反映している（即ち、ＷＡＸＤ結果は、Ｌが次のように変化することを示した：ｃＨＡｐ／ｔｓｐ＞ｃＨＡｐ／ｓ＞ｃＨＡｐ／ｐ）。

表２はｃＨＡｐ／ｐサンプルの表面の粗さ（Ｒｑ）が分極および／または熱処理の適用で実際に変更されずに維持されたものの、表面エネルギーは相当に変化したことを示す。水の接触角（θ_水）は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて〜４°であり、この３つは非常に親水性材料であることを示し、これはそれらの表面電荷のために予想されていた。コントロール的に、ＦＢＳ（θ_ＦＢＳ）中の接触角は、ｃＨＡｐ／ｐよりもｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐに対して著しく低かった（表２）。湿潤におけるこの変動は、熱処理および特に分極処理によって引き起こされたイオンの再構成が、分極成分の表面エネルギーへの寄与を増加させることを示唆する。極性のものに対して散布的な寄与の相対的な増加を支持するために、第二水とＦＢＳ滴状物の接触角（それぞれθ'_水およびθ'_ＦＢＳ）を３つの表面に決定した（方法の章を参照）。表面は第一滴よりも湿潤化が少なかったが、挙動は上記（表２）のものと実際に同一であった。したがって、３つの親水性材料は非常に類似したθ'_水値に結びつき、一方でθ'_ＦＢＳ値中の差異はθ_ＦＢＳで得られたものと類似していた（表２）。

この情報を補足するために、吸水率アッセイは方法の章（方程式１）に記載されていた手順を使用して行われた。残念なことに、ｃＨＡｐ／ｐディスク体は水の浸漬直後に破損したので、この場合測定は可能ではなかった。しかしながら、表２に表示される脱イオン水中の浸漬後のｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルに対して決定された水分量は、θ_ＦＢＳおよびθ'_ＦＢＳの値と完全に一致していた。従って、水分吸着はＨＡｐ／ｓよりＨＡｐ／ｔｓｐで５％高かった。

電気化学的および電気的な特性
スチールに固着されたｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについてＰＢＳに記録された環式ボルタンモグラムは、図５ａ中で比較されている。見受けられるように、ｃＨＡｐ／ｐの電気化学活性はスチールより高く、コントロールとして使用された。しかしながら、電気化学的活性は、熱的および電気的な処理に伴って相当に増加する（即ちそれぞれ４６％および１５０％）。ｃＨＡｐ／ｔｓｐの場合には、そのような明白な効果には逆転電位での陽極電流強度の顕著な増強が伴う。この挙動は、熱により刺激された分極処理によって促進された構造変化が、イオンの無機マトリックスを介した拡散を容易にし、従って酸化還元法の後の電気化学応答を容易にすることを示唆する。他方では、本明細書に開示されるような分極温度範囲を使用して得られた電流密度ｃＨＡｐ／ｔｓｐは、３５０−４００℃（それぞれ〜１０^−５Ａ／ｃｍ^２および〜１０^−９Ａ／ｃｍ^２）の分極温度を使用したＹａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（参考文献１４）によって達成されたものより数桁高く、我々の処理の成功が証明される。これは、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（参考文献１４）が、電流密度が４５０〜７００℃の間において減少することを見いだしたので、予期しない結果であったことは注目に値する。本発明者らの治療の成功は、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（参考文献１４）より低く、かついくつかの所望しない相転移を回避する焼結温度と、非常に高い分極温度（７００℃〜１２００℃の間）の組み合わせに起因する。

連続する酸化還元サイクルの数（図５ｂ）とともにＬＥＡ（方程式２）の変動によって反映されるように、処理は電気安定性（electrostability）にも影響する。見受けられるように、すべての場合に、電気化学安定性は、最初の１００−１５０の酸化還元サイクルの間に急速に減少し、ＬＥＡの低下は次のサイクルに沿って大幅に遅くなる。１０００回のサイクル後に、電気活性はｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐそれぞれに７２％、６７％および６０％減少し、熱により刺激された分極プロセスによって引き起こされた構造変化が電気化学特性の安定性も増強させることを証拠づけた。特定の静電容量（方程式３中のＣ）に続く挙動は電気活性のそれと完全に一致している。したがって、すべての場合においてＣは非常に小さいが、ｃＨＡｐ／ｐ（Ｃ＝１６・１０^−５Ｆ／ｇ・ｃｍ^２）の電荷を保存する能力は、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐより７１％および８２％小さい（それぞれＣ＝５６・１０^−５および８９・１０^−５Ｆ／ｇ・ｃｍ^２）。酸化還元反応サイクル（図５ｃ）の数での特定の静電容量の変動は、ＬＥＡについての上記のものと類似していた。

調製したＨＡｐサンプルの内部のイオン電導を評価するためにＥＩＳ測定を行った。したがって、この技術は、熱により刺激された分極プロセスによって材料の内部に作られた内部のインターフェースの電気特性における影響に関する情報を提供するだろう。図６は、ｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて得られた代表的なナイキストプロットを比較する。ナイキストプロットでは、第一の半円状の応答はより高い周波数範囲での電子伝達抵抗性に相当し、これは電極−固体ディスクのインターフェース上の酸化還元プローブの電子伝達動力学を制御する。半円の直径は、通常バルク抵抗性（Ｒ_ｂ）と呼ばれる電子伝達の抵抗性を定義する。ｃＨＡｐ／ｐのために記録されたナイキストプロット（図６ａ）は、固体ディスクを渡る１回の電荷伝達に相当する１回の誘電緩和時間（τ）のみを示し、これは材料が乾燥状態において高いバルク抵抗性（即ち低いイオン電導性）をしていることを示す。ボードプロット（図６ｂ）は８０°に近い位相角を示し、これは乾燥状態における抵抗性の材料に相当する。ナイキストプロットにおける半円の直径（図６ａ）は、２回目の一定性が現れたとしてもｃＨＡｐ／ｐ、特にｃＨＡｐ／ｔｓｐに対して相当に小さい。この特徴は、ＨＡｐ結晶内の顕著な構造の変化に起因し、ディスクを横切る電荷の速い移動を可能にする。ＷＡＸＤおよびＳＥＭの観察によれば、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルは、ｃＨＡｐ／ｐより高い結晶濃度ならびに大きな結晶を示す。したがって、熱により刺激された分極処理が電荷移動のための良好な経路の定義に関与する一方で、熱間加工工程は結晶の成長を促進する。これはＥＩＳ結果の数の評価に反映されている（表３）。

実験データに適合させるために使用した等価的電気回路（ＥＥＣ）は、図６ｃに示されている。ＥＥＣは３つの重要な要素を含んでいる：バルク抵抗性を表わすＲ_ｂ；ならびにそれぞれｃＨＡｐ厚膜および金属ディスク表面間の二重層の両方からの理想的な静電容量を表すＱ_ｂおよびＱ_ｄｌ。液体の電解質がないために、〜０Ω・ｃｍ^２と考えられていたが、Ｒｓは電解質溶液抵抗性に相当する。ＣＰＥ_ｂの実際の静電容量は、電極表面に付着したフィルムにおける不均一な拡散を説明する。ＣＰＥ_ｄｌの実際の静電容量は、典型的には表面の反応性、表面の不均一性および粗さに関連し、電極形状および孔隙率に関係する。またＺＣＰＥ＝［Ｑ（ｊ_ω）^ｎ］^−１として表されたＣＰＥ電気抵抗はｎ＝１およびｎ＝０の理想的なコンデンサーおよび純粋な抵抗器をそれぞれ表し、一方でそれはｎ〜０．５の際の拡散法に関係している。ｃＨＡｐ／ｐに対して得られたものをのぞき、図６ａに表示された電気抵抗データのすべては図６ｃで示されたＥＥＣと一致させた。ＥＥＣについては、使用した後者のサンプルは二重層フィルムからの静電容量応答を有さずに［Ｒ_ｓ（Ｒ_ｂＱ_ｂ）］に相当する。

表３によれば、ｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルのＲｂは、ｃＨＡｐ／ｓ１のもの（６．４×１０^６Ω・ｃｍ^２）と比較して、非常に低く（６．７×１０^５Ω・ｃｍ^２）、これは熱処理が分極のもの（polarization one）と組み合わさった場合に、イオン電導が１ケタ分大きくなったことを示す。別の関連性のある変化はより大きな結晶が得られた際の第二の時定数の出現であり、これらの結晶は５００Ｖで分極された（図６ａ）。この特徴は、ＣＰＥ_ｂによって反映される固体内の電荷経路の生成を示す。最後の観察は、ＳＥＭ顕微鏡写真およびＣＶによって決定された電気化学的応答の両方への完全な一致である。Ｃｈａｕｄｈｕｒｉおよび共同研究者ら^４９によれば、乾燥ＨＡｐ中の導電性部位は、容量性部位が動かないイオンである一方、イオンが熱により活性化されて移動（hopping）することによって動くことができるチャンネル（カラム状のＯＨ⁻イオンまたはプロトンなど）と見なすべきである。コントロール的に、温度とともにＨＡｐの導電率が増加することを見いだしたＬｕｋｉｃら^５０はこの挙動が粒度の成長としての幾何学的因子に起因すると考えた。ＬｉｕおよびＳｈｅｎ^５１は９００℃超でのｃＨＡｐの焼結中の広範囲な脱ヒドロキシル化を示し、ＯＨ⁻イオンは高温（即ち７００〜１０００℃の範囲）での導電率の原因であった。

ピロホスフェート、トリホスフェートおよびトリスホスホネートの吸着
直近の研究で我々はＰ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびアミノ−ＡＴＭＰのｃＨＡｐ／ｐ上の吸着を調査した（参考文献１２）。熱処理および電気処理の両方が同一の無機化合物の吸着にどのように影響するか調査するために、基質としてｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルを使用して徹底的な研究を行った。我々の以前の作業によれば、作業用の溶液中の吸着質の濃度はＰ_２Ｏ_７ ^４−には１００ｍＭであり、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの両方には２００ｍＭであり、これはｐＨ７でｃＨＡｐ／ｐに対して明白な吸着シグナルをもたらした。

図７ａは、無機吸着質の存在下でのインキュベーションの前後にｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて決定した両方の第一および第二のＦＢＳ滴状物に対する接触角（それぞれθ_ＦＢＳおよびθ'_ＦＢＳ）を比較する。見受けられるように、２つの基質のＦＢＳの湿潤性はインキュベーションを行うと増加し、３つの無機吸着質は成功裡に吸着されたことが示唆される。さらに、吸着質との接触角の低下は、２つのｃＨＡｐ基質：ｐｏｌｙＰ＜Ｐ_２Ｏ_７ ^４−≒ＡＴＭＰに対して同一の変動を辿った。従って、ｃＨＡｐ粒子に適用した処理に関係なく、ｐｏｌｙＰの吸着を行う方がＰ_２Ｏ_７ ^４−およびＡＴＭＰの吸着を行うよりも表面エネルギーは高くなる。

Ｐ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの吸着は、ＸＰＳを使用しても調査した。無機吸着質の存在下でのインキュベーション前後のｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのＮａ１ｓ領域における特徴的なＸＰＳスペクトルは、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−およびｐｏｌｙＰで処理したサンプルについて１０７４．２ｅＶを中心とするピークを明らかにした（図１２）。このシグナルは、Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７・１０Ｈ_２ＯおよびＮａ_５Ｐ_３０_１０についてＧａｓｋｅｌｌらによって報告されたものと同一であったが^{５２，５３}、これらの化合物の処理を行った２つのｃＨＡｐの表面上への取り込みを確証するものである。コントロール的に、インキュベーションを行っていないサンプルおよびＡＴＭＰの存在下でインキュベーションを行ったサンプル中のＮａ含有量はゼロであった（表１）。Ｎａ１ｓ原子パーセント組成物を使用して得られた比は、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−およびｐｏｌｙＰの吸着はそれぞれｃＨＡｐ／ｓに対してよりもｃＨＡｐ／ｔｓｐに対する方が〜２、および〜１．５倍高いことを示す。ＡＴＭＰの吸着を同定するために同様の方法を辿り、それはＮ１ｓ領域（図Ｓ４）のピークを介して明白に検出された。したがって、インキュベーションを行っていないサンプルならびにＰ_２Ｏ_７ ^４−およびｐｏｌｙＰＡＴＭＰの存在下でインキュベーションを行ったサンプル中のＮ含有量は≦０．４０重量％であり、３．１８に増加し、ＡＴＭＰの存在下でインキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓサンプルについては４．０８重量％であった（表１）。インキュベーションを行ったサンプルおよびインキュベーションを行っていないサンプルについて、大気から吸着したＮ_２の量は同一であることを仮定すると、ＡＴＭＰの吸着はｃＨＡｐ／ｓに対してよりもｃＨＡｐ／ｔｓｐに対する方が〜１．４倍高い。後者のサンプルについて４０４．３および４０２．５ｅＶで検出された２つのピーク（図１３）は、異なる化学的環境（即ち、遊離および水素結合済）でのＡＴＭＰの窒素原子に起因した（参考文献５４）。

図８は、中性ｐＨにて、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰとともに溶液中でのインキュベーションの後にｃＨＡｐ／ｐ、ｃＨＡｐ／ｓおよびのＦＴＩＲスペクトルを比較する。Ｐ_２Ｏ_７ ^４−、ｐｏｌｙＰおよびＡＴＭＰのＦＴＩＲスペクトルは我々の以前の作業で報告した（参考文献１２）。ｐｏｌｙＰについては、Ｐ−Ｏ−Ｐ非対称伸縮に相当する、ｃＨＡｐ／ｐについて８９０ｃｍ^−１で同定された弱いショルダーｃＨＡｐ／ｐ（図８）、特にｃＨＡｐ／ｔｓｐについて、はっきりと画定された吸着バンドに転換する。この特徴はＸＰＳ観察に完全に一致していて、熱分極化プロセスおよび熱により刺激された分極化プロセスを適用することはｃＨＡｐのｐｏｌｙＰを吸着する能力を顕著に向上させることを確証した。図１および８に提示されたＦＴＩＲスペクトルに基づき、ｐｏｌｙＰを吸着するｃＨＡｐサンプルの能力は１０１６ｃｍ^−１でのピーク（鉱物に属する）の統合された領域と、８９０ｃｍ^−１でのピーク（ｐｏｌｙＰに属する）の統合された領域の比を用いて推測された。ｐｏｌｙＰのｃＨＡｐ／ｐの上への吸着はｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐ上へよりも、それぞれ２．０倍および２．６倍低く、これはＸＰＳ結果にも十分一致していた。

残念ながら、この特徴はＰ_２Ｏ_７ ^４−では全く明白ではなかった。したがって８９０ｃｍ^−１でのバンドは図８ｂ中において表示されるスペクトルにおいて検出不能のままであり、吸着の唯一の証拠は、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて、Ｐ−Ｏ−Ｐ非対称伸縮に起因した、７４０〜７５０ｃｍ^−１での非常に弱いショルダーである。ｐｏｌｙＰでインキュベーションを行ったｃＨＡｐサンプルにおいてＸＰＳによって検出されたＮａ１ｓの原子百分率含有量はＰ_２Ｏ_７ ^４−でインキュベーションを行ったものより相当に高く（表１）、これはＦＴＩＲ観察とも一致していた。またｃＨＡｐの（１００）および（００１）の表面を考慮した以前の量子の機械的計算は、ｐｏｌｙＰの吸着がＰ_２Ｏ_７ ^４−のものに支持されている（favored）。したがって吸着質がその形状をｃＨＡｐ表面でのイオンの結晶学的位置に適応させる能力はホスフェート鎖のサイズとともに増加する。したがって吸着されたｐｏｌｙＰと比較して、吸着されたＰ_２Ｏ_７ ^４−の方が顕著に歪んでいた（strained）ことが見いだされた。

ＡＴＭＰ（図８ｃ）でインキュベーションを行った異なるｃＨＡｐサンプルについてのＦＴＩＲ結果は、ｐｏｌｙＰについて観察されたものと同様の傾向を明らかにする。したがって９００ｃｍ^−１でｃＨＡｐ／ｐについて同定されたショルダーは、アルキルホスホン^５５の非対称振動に相当するが、ｃＨＡｐ／ｓおよび特にｃＨＡｐ／ｔｓｐのための比較的極度かつ良好に画定されたピークへ変形する。この変動はＸＰＳ結果に合致していて、異なるｃＨＡｐサンプルが次のようにＡＴＭＰを吸着する能力を増加させることを示す：ｃＨＡｐ／ｐ＜ｃＨＡｐ／ｓ＜ｃＨＡｐ／ｔｓｐ。ＡＴＭＰ上のｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐの吸着は、それぞれＸＰＳデータを支援して、ｃＨＡｐ／ｐ上によりも２．２および３．０倍高いと推測された。

吸着により引き起こされた電気化学的保護および増強された導電率
ｐｏｌｙＰ、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−およびＡＴＭＰ（図１４ａ）の存在下でインキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｐについて記録されたサイクリックボルタンモグラムは図５ａに表示されたものに非常に類似していて、鉱物表面での吸着質の量が酸化還元挙動を変更するのには十分ではないことを示唆している。コントロール的に、かえされたｃＨＡｐ／ｓおよび特にｃＨＡｐ／ｔｓｐのサイクリックボルタンモグラムは、インキュベーションを行っていないサンプルのものとは相当に異なる。これは、図９ａおよび９ｂに明白に反映されていて、インキュベーションを行ったサンプルおよびインキュベーションを行っていないサンプルについてのボルタンモグラムを比較する。したがって、インキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプルの電気活性は、インキュベーションを行っていないサンプルよりそれぞれ〜６０％および〜４０％高く、吸着した分子は、酸化と還元のプロセス中に鉱物マトリックスとＰＢＳ電解質溶液との間のイオンの交換を促進させることが示唆される。

しかしながら、最も著しい特徴は酸化還元サイクルの数に対する電気活性の変動を指す。したがって、インキュベーションを行ったｃＨＡｐとインキュベーションを行っていないｃＨＡｐ／ｐについて測定されたＬＥＡ（方程式 ２）の比較（図１４ｂ）は、後者の電気化学安定性がｐｏｌｙＰ、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−またはＡＴＭＰで吸着されたサンプルのものより低い（〜１０％）ことを示す。吸着質分子が鉱物へ電気化学的保護をもたらすことを示唆するこの特徴は、それぞれ図９ｃおよび９ｄにおいて証拠づけられるように、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐについて著しく増強される。したがって、１０００回の酸化還元サイクルの後のインキュベーションを行っていないｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐの電気活性の損失は、インキュベーションを行ったサンプルのものよりそれぞれ〜２０％および〜２５％高い。インキュベーションを行ったｃＨＡｐ／ｔｓｐのＬＥＡ値は特に著しい（即ち、ｐｏｌｙＰ、Ｐ_２Ｏ_７ ^４−およびＡＴＭＰそれぞれに２１％、２７％および２９％）。これらの低い値は、熱により刺激された分極処理の適用が吸着能だけでなく、電気化学的な活性および安定性も改善することを証明する。

ＥＩＳ結果（表３）は、吸着されたＰ_２Ｏ_７ ^４−と比較した、処理済みｃＨＡｐサンプルのイオン電導率における、ＰｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの陽性効果を反映する。この現象は特にｃＨＡｐ／ｔｓｐに対して顕著であり、最も低いバルク抵抗性（吸着されたＰｏｌｙＰおよびＡＴＭＰを有するサンプルに対してそれぞれ６６．７および６９．９ｋΩ・ｃｍ^２）を表示し、ＰｏｌｙＰおよびＡＴＭＰは、乾燥フィルム内部の電子電荷移動度を促進する。したがって、熱により刺激された分極処理によって生成された構造変化は、ＰｏｌｙＰおよびＡＴＭＰの両方との鉱物の相互作用を支持し、良好な電荷移送チャネルを形成する。ｃＨＡｐ／ｔｓｐサンプル中のｃ軸に沿ったＯＨ⁻イオンの配置は、そのような相互作用の形成に重大な役割を果たすように思われる。図１５および１６は、３つの検査した吸着質での、ｃＨＡｐ／ｓおよびｃＨＡｐ／ｔｓｐのために記録されたそれぞれナイキストプロットおよびボードプロットを比較している。

アミノ酸合成における触媒成分としての永久分極ハイドロキシアパタイトの特定使用
非晶質ハイドロキシアパタイト（ａＨＡｐ）および結晶性ハイドロキシアパタイト（ｃＨＡｐ）の合成
脱イオン化水（アンモニア３０ｗ／ｗ−％溶液でｐＨ１１に調節）中の１５ｍＬの０．５Ｍ（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４を、滴状にて（２ｍＬ・分^−１の速度）、エタノール中撹拌下（４００ｒｐｍ）で２５ｍＬの０．５ＭＣａ（ＮＯ_３）_２に加えた。その後、反応混合物を室温で撹拌（４００ｒｐｍ）によって１時間撹拌した。懸濁液は３７℃にて２４時間熟成させてａＨＡＰを得、一方で続けて熱水処理（２４時間１５０℃にて２００ｂａｒ）を行って、ｃＨＡｐを得た。沈殿物を遠心分離によって分離し、脱イオン化水およびエタノール−水（２回）の６０／４０ｖ／ｖ混合物で連続して洗浄した（２回）。１．６７の理論的なＣａ／Ｐ比を有する白色粉末は、凍結乾燥後に回収した。

焼結法
続けて、ａＨＡｐ、ｃＨＰＡｐおよびモンモリロナイトの粉末を、第一に空気雰囲気で実験室炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅ ＥＬＦ１１／６Ｂ／３０１）内で２時間、１０００℃にて加熱し、最後に１０分間６２０ＭＰａで単軸にプレスして焼結した。最終的に１００ｍｍの直径および１．７ｍｍの厚さのディスク体を得た。

熱により刺激された分極プロセス
熱により刺激された分極ＨＡｐ、Ｎａｎｏｆｉｌ ７５７およびＬＭシステムを得るために、対応するディスク体サンプルをステンレススチール（ＡＩＳＩ ３０４）プレートの間に挟み、空気中で１０００℃に加熱炉中で加熱し、同時に、以前に分極ＨＡｐで行なった吸着アッセイに最適なものと報告された５００Ｖの一定直流電圧を適用することで１時間分極した（参考文献２）。分極サンプルは、ｐ−ｃＨＡｐ、ｐ−ａＨＡｐ、ｐ−Ｎ７５７およびｐ−ＬＭと称するであろう。サンプルが事前に焼結されなければ、ＨＡｐは分極し得ないことは指摘するべきであり、その理由としてはディスク体が十分な一貫性を有さないために、分極プロセスの間に壊れたためである。

ホスホネートおよびオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｈ）の層の堆積
適切な基質（即ち分極プロセスに供される前と後の、雲母、焼結したａＨＡｐおよびｃＨＡｐ、またはシリケート）上のＡＴＭＰ、オキシ塩化ジルコニウム、およびＡＴＭＰの層の連続した堆積における三層システムは、５ｈ間室温で対応する水溶液中の浸漬によって得られた。第一および第二のＡＭＴＰ層を得るためのＡＴＭＰ溶液の濃度は、それぞれ５ｍＭおよび１．２５ｍＭであった一方で、オキシ塩化ジルコニウムの濃度は、異なる実験で変わっていた（即ちそれぞれ１ｍＭから１０ｍＭ）。各浸漬の後に、サンプルは３時間３７℃で乾燥させた。完全性ために二層および一層のシステム（即ちＰｈｏｓ−ＺＣ、Ｐｈｏｓ、ＺＣ）も考慮された。

アミノ酸の合成
高圧ステンレススチール反応器を使用してアミノ酸（ＡＡ）の合成を行った。指定の反応器はマノメーターには、熱電温度計および外部温度制御器を有する電気ヒーターが点在していた。また反応器は触媒および水が組み込まれたテフロンの不活性の反応室（１２０ｍＬ）、Ｎ_２、ＣＨ_４、ＣＯ_２のための３つの独立した入口バルブ、およびガス反応生成物を回収するための出口バルブを特徴としていた。固体試料を直接照射するために、ＵＶランプ（ＧＰＨ２６５Ｔ５Ｌ／４、２５３．７ｎｍ）を反応器の真中に設置し、このランプはＵＶ透明な石英管によって保護されたランプであった。これは反応媒体とシリケートの間の接触を一切回避するためにテフロン薄膜でコーティングされ、他の触媒効果を排除する。

反応は、２〜９６時間の反応時間の７５〜１０５℃の温度範囲内で行われた。固体サンプルはおよそ１５０ｍｇに計量され、０．５ｍＬの脱イオン化液体水は必要であると考えられた場合に反応チャンバーに当初から組み入れられた。チャンバーは、当初の空気量（即ちＮ_２またはＣＯ_２）を除去するために第一の選択されたガスで広範囲に除去した。選択されたガスはそれぞれ２つまたは３つの雰囲気（即ち、室温での最終圧は常に６ｂａｒであった）中にて反応チャンバーの圧力（室温で測定）を増加させるために導入した。

測定
アミノ酸の合成は、第一級アミンに対するニンヒドリン（２，２−ジヒドロキシインダン−１，３−ジオン）検出テスト（ninhydrin(2,2-dihydroxyindane-1,3-dione) detection test）によって慣例的に確認された。この目的のために、反応後に回収した０．５ｍｇの固体をアセトン中の０．２ｗ／ｖ−％のニンヒドリン溶液を含有している試験管内に浸漬し、続けてオーブン内で７５℃に加熱した。紫色の溶液の発生は２−（１，３−ジオキソインダン−２−イル）イミノインダン−１，３−ジオン）発色団の形成を示した。これに反して黄−橙色の溶液は第二アミンでの反応によって生成されたＳｃｈｉｆｆ塩基の特性であり、一方で無色の溶液はＡＴＭＰなどの第三級アミンに由来した。

^１Ｈ、^１３Ｃおよび^３１Ｐについて、それぞれ４００．１ＭＨｚ、１００．６および１６１．９の周波数で稼働するＢｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ １１１−４００スペクトロメーターを用いてＮＭＲスペクトルを得た。^１Ｈおよび^１３Ｃの化学シフトは内標準としてテトラメチルシランを使用して測定した。サンプルは、１００ｍＭのＨＣｌおよび５０ｍＭのＮａＣｌを含有している重水中に溶解させた。

Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析は、分析器軸に垂直に設置した１５０Ｗで稼働するｍｇ／ＡＩの高強度ツインアノードＸ線源ＸＲ５０（１２５３ｅＶ／１４８７ｅＶ）にて、Ｐｈｏｉｂｏｓ １５０ ＭＣＤ−９ ＸＰ検出器を使用して行った。Ｘ線スポットサイズは６５０μｍであった。パスエネルギーは、調査およびナロースキャンに、それぞれ２５および０．１ｅＶを設定した。電荷補償は電子およびアルゴンイオンのフラッドガンの組み合わせで達成された。エレクトロンのエネルギー流および放出電流はそれぞれ４ｅＶおよび０．３５ｍＡであった。アルゴンガンについては、エネルギーおよび放出電流はそれぞれ０ｅＶおよび０．１ｍＡであった。スペクトルは６×１０^−９ｍｂａｒ下の圧力で０．１ｅＶ目盛（steps）で２５ｅＶのパスエネルギーで記録した。電荷補償のこれらの標準状態は陰電荷ではなく、完全に一定の静電荷をもたらした。Ｃ１ｓピークは、２８４．８ｅＶの結合エネルギーで内部基準として使用した。高解像度ＸＰＳスペクトルはｓ字バックグラウンド除去法後のＧａｕｓｓｉａｎ−Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ曲線によって得られた。表面の組成物はメーカーの感度因子を使用して決定した。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の研究は、エネルギー分散方式Ｘ線（ＥＤＸ）分光法システムを備えた５ｋＶで稼働するＦｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｚｅｉｓｓ Ｎｅｏｎ４０顕微鏡を使用して行なわれた。サンプルは、銀色ペンキを用いてアルミニウムのピンスタブ上に搭載されたシリコンディスク体上に置き、サンプルの電荷の問題を防ぐために炭素の薄層でスパッターコーティングが施された。

赤外線吸収スペクトルは、１８００−７００ｃｍ^−１範囲のＦｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ＦＴＩＲ ４１００ Ｊａｓｃｏスペクトロメーターで記録した。加熱Ｄｉａｍｏｎｄ ＡＴＲ Ｔｏｐ−Ｐｌａｔｅを備えたＳｐｅｃａｃモデルＭＫＩＩ Ｇｏｌｄｅｎ Ｇａｔｅ減衰全反射（ＡＴＲ）装置を使用した。
Ｘ線粉末回折パターンは、ＡＬＢＡシンクロトロン（Ｃｅｒｄａｎｙｏｌａ ｄｅｌ Ｖａｌｌｅｓ、Ｂａｒｃｅｌｏｎａ、スペイン）でのビームラインＢＬ１１−ＮＣＤにおいて、０．１００ｎｍの波長、およびＣｒ_２Ｏ_３サンプルの標準の回折で測定したＲａｙｏｎｉｘからのＷＡＸＳ ＬＸ２５５−ＨＳ検出器を使用して得た。

結果
分極ｃＨＡｐ上で支持されたＰｈｏｓ−ＺＣ−Ｐｈｏｓ三層触媒を使用した反応ならびにＮ_２、ＣＯ_２、ＣＨ_４およびＨ_２Ｏ（表４中のセット１）によって構成された還元雰囲気からくるサンプルは、陽性のニンヒドリン試験を生じさせ、したがって第一級アミンの形成が示唆された。実際、反応後に回収された固体の内部には紫の斑点が現れ、これはアミン化合物が主として固体基質に吸収されたことを示す。これらの化合物は、激しい撹拌の後にアセトン溶液中でよく溶解し、他の分析を行った反応条件（例えば、表４中のセット２およびセット４〜１３）で観察された無色の固体／溶液とコントロールをなした。

^１Ｈ ＮＭＲスペクトル（図１９ａ）は、ホスホネートメチレン基（即ち３．７９−３．７６ｐｐｍの二重線）の反応後の存在およびグリシンのメチレンプロトン（３．６５ｐｐｍの一重線）およびアラニン基のメチン（３．９１〜３．８５ｐｐｍでの四重線）およびメタン（１．５４〜１．５２ｐｐｍの二重線）の両方に対応する信号のみを示した。^１３Ｃ ＮＭＲスペクトル（図１９ｂ）中で同一の化合物が証拠づけられ、ここではホスホネート（５４．３４および５３．００ｐｐｍ）、グリシン（１７１．９５および４１．２６ｐｐｍ）およびアラニン（１７５．２５、５０．２５および１６．０１ｐｐｍ）の単位に割り当てられたピークのみを検出することができた。副産物が観察されなかったことは注目すべきであり、従ってグリシンとアラニンの非常に清潔な生産プロセスが開発された。

^１Ｈ ＮＭＲスペクトルは異なる反応時間（即ち２〜９６時間）後に回収されたサンプルに対して解析され、グリシンとホスホネートの単位（Ｇｌｙ／Ｐｈｏｓ）およびアラニンとホスホネート単位（Ａｌａ／Ｐｈｏｓ）、および当然グリシンとアラニンの単位（Ｇｌｙ／Ａｌａ）の間の比を検出することができた。具体的には、３．６５および３．７９〜３．７６ｐｐｍでのＣＨ_２プロトンならびに１．５４〜１．５２ｐｐｍのＣＨ_３プロトンに対応するシグナルの領域が考慮された：

図２０ａ中でプロットされた結果はグリシンが第一に生産され、続いてアラニンがこの単純なアミノ酸から派生することを推定することを可能にする。したがって、Ｇｌｙ／Ａｌａ比は、反応時間（即ち０．８〜４．５）でＧｌｙ／Ｐｈｏｓ比の連続的増加を観察しても、５．４から２．２へ減少する。

図２０ｂは反応温度の効果および特に２４時間の反応後に検出可能なアミノ酸の量を得るためには最小値（即ち７５℃）が必要であることを推測することを可能にする。Ａｌａ／Ｐｈｏｓ比は、反応温度とともに連続的に増加した一方でＧｌｙ／Ｐｈｏｓ比はグリシンのアラニンへの転化の結果として最大に分析された温度（１０５℃）で減少し始めた。しかしながら、総アミノ酸の含有量とホスホネート含有量の間の比は、依然としてこの温度で増加した。

図２０ｃにはオキシ塩化ジルコニウムの含有量としてはＧｌｙ／ＰｈｏｓおよびＡｌａ／Ｐｈｏｓ比に実際にごくわずかな効果を有し、触媒には推定可能なものであるとことが示されている。しかしながら、非常に低濃度のＺｒＯＣｌ_２（１ｍＭ）の溶液から調製されたサンプルは不完全な三層システムの結果として著しく低い比に至った。論理上、この場合アラニンがより好ましくないアミノ酸であった（即ち、Ｇｌｙ／Ａｌａ比は最大であった）。

またＵＶ放射に曝露することなく（セット２）実験を分析し、この場合はアミノ酸の形成が失敗に終わった。したがって、ＵＶへの持続された曝露は論理上、アラニンおよびグリシンさえもの形のためのさらなる反応のための基（例えばＣＨ_３）を得るための基礎的な問題として現われる。

ＸＰＳ分析はアミノ酸が分子窒素に由来し、ホスホネート化合物の仮説上の分解に由来しないことを確証するために必須であった。この点は、Ｇｌｙ／Ｐｈｏｓの増加もまた分解プロセスと関係し得るために、ＮＭＲスペクトルから推論することができないことに注意すべきである。図２１ａは、異なる代表的なサンプルに対するＮ１ｓ領域のＸＰＳスペクトルを示し、特にホスホネートがｐ−ｃＨＡｐの表面上に組み込まれた場合、約３９９ｅＶのピークとして現われる。このピークはＣ−Ｎ結合中の窒素に関連し、陰性および陽性反応の両方が起こった場合に、実際に同一の強度が観察される。脱プロトン化（ＮＨ_２）、およびプロトン化（ＮＨ３^＋）アミノ基に対応する追加のピークは最後の場合にのみそれぞれ４００．３ｅＶおよび４０３．８．４ｅＶで観察された（参考文献３２）。窒素の量はＰｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓ三層がｐ−ｃＨＡＰ基質上に堆積された際に０％から２．７５−２．９７％に増加し、陽性反応（即ち９５℃で２４時間のセット１）後に６．２％に増加した。ＸＰＳスペクトルは三層がＨＡｐ表面上に置かれた際にＨＡｐの典型的な値１．６４から１．２６〜１．２９までＣａ／Ｐ比の減少を決定することを可能にした。またＸＰＳスペクトルは１８２．６（３ｄ５／２）および１８５ｅＶ（３ｄ３／２）の結合エネルギーでの分解されたスピン二重線として現われたＺｒシグナル（図２１ｂ）をも示した。測定されたＺｒ含有量は、５ｍＭオキシ塩化ジルコニウム溶液から調製されたＰｈｏｓ−Ｚｒ−Ｐｈｏｓ三層を有するすべてのサンプルについて１．２６〜１．２９％の範囲であり、このパーセンテージは反応の進行と無関係であった。

三層システムのＨＡｐ上への堆積は、分極サンプルに対応する、ＳＥＭ顕微鏡写真で示されるような粗い、比較的に不規則（relative irregular）なディスク表面を生じさせた（図２２ａ）。規則的な結晶が散発的に形成されたことが検出されたためにこの表面は反応後に若干変化した。図２２ｂは、マイクロメーターの角柱状構造の成長を示し、ここでは六角形の底面がディスク表面と平行な傾向があった。実際、結晶化を引き起こすためのオルガノホスフェートフィルムの能力が報告され、配向した分子篩に成長した。このように、安定した垂直に配向した一次元のリン酸アルミニウム結晶はハイブリッド層を覆って成長することができた。正確な分子の選択性で新しい触媒性の膜として、および決定したサイズのアクセスをセンサー表面に制御することにさえも適用することができるチャネルシステム（cannel system）が形成された。どのような場合でも、現在の結果はアミノ酸結晶が三層触媒の表面にも成長することができることを実証するが、ニンヒドリン試験がディスク体サンプル内に吸収されたアミノ酸の存在を明らかにしたことを考慮すべきである。

反応前後のセット１サンプル間の顕著な差は技術の感度が低いにもかかわらずＦＴＩＲスペクトルにおいて観察することができる。したがって１６００〜１４００ｃｍ^−１の範囲内の広い、低強度のバンドは第二の場合にしか観察されなかった（図２３）。この領域が反応の前に、サンプルのスペクトル中および陰性ニンヒドリン試験（例えばセット２サンプル）からくるサンプルで完全に水平であることは注目に値する。これに反して、グリシンおよびアラニンなどのアミノ酸は、この領域において最も強力な吸収を有する（図２３の挿入図を参照）。論理上、ＦＴＩＲスペクトルは、ＨＡｐの特徴的なピークを示し、特にＰＯ^３− _４の特徴的な振動モードに関連する１０９３、１０３３および９６２ｃｍ^−１での３つの強力なバンドが常に観察された。

三層化システムの分極ｃ−ＨＡｐを覆った堆積はＸ線回折パターン（図２４ａおよび２４ｂ）上の顕著な変更を引き起こさなかった一方で、著しい変更は化学反応（図２４ｂおよび２４ｃ）後に観察することができた。

アミノ酸合成に対する触媒系および分極支持体の変化の影響
ｐ−ａＨＡｐがｐ−ｃＨＡｐの代わりに使用され、セット１の実験条件が維持された際にアミノ酸も検出された。しかしながら、非晶質サンプルが、主要な相としてベータリン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ：β−Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）の形成につながった焼結プロセスの間に部分分解を受けたので、ｐ−ｃＨＡｐに固執することを好んだ。

触媒システムの基質の種類の重要性を評価するために異なる分析が行われた。分極ＨＡｐを使用した場合にしか（例えば、表４のセット１および３）アミノ酸は検出されず、焼結したＨＡｐ（セット４）が基質として使用された場合、ならびにｐ−ｃＨＡｐに適用させたものと類似の条件下で分極を行った後でさえシリケート（例えばＮａｎｏｆｉｌ ７５７、セット５）およびアルミノシリケート（例えば積層雲母、セット５）などの他のシステムが試験された場合にも陰性の結果が得られたことは非常に顕著であった。

ＨＡｐの寄与の適性は興味深く、その理由としてはそれが生物系に基本的な役割を果たし、特にそれらの最も豊富な無機成分を成すためである。今日では、ＨＡｐと生体分子（例えばたコラーゲンなどのタンパク質、もっと言えばホスフェート骨格によって構成されたＤＮＡ）との関係が、異なる生物医学的適用（例えば、中でも薬物および遺伝子の送達、骨修復および組織工学）のためのその使用についての集中的な研究を強化させた。

この意味では、金属／ホスホネート層システムが分子認識可能であり、結果、ラセミ溶液からの鏡像異性化合物の選択的結合を達成することができる。さらに、高い不溶性ならびに熱処理およびジルコニウムホスホネートの化学反応物に対する安定性は、遺伝子送達でのウイルスベクターなどの他の潜在的な適用を開いた。アミノ感応性ホスホネート（例えば、アミノエトキシ誘導体）の陽電荷は、陰電荷のＤＮＡ分子の直接のインターカレーションを可能にする。さらに、結合はｐＨ感受性であり、インターカレーションおよび放出のプロセスの間にＤＮＡの配座がほぼ保持され得ることが見いだされた。

完全性のために、我々は２つの潜在的な二層（ＰｈｏｓまたはＺｒの第一層の堆積および後続の第二の相補的な層の堆積、それぞれセット７および８）および単層（セット９および１０）システムの効果も分析した。すべての場合に陰性結果が得られ、三層構造を使用した場合にしか、核生成活性を有する安定したＰｈｏｓ−Ｚｒ複合体が得られなかったことを実証する。恐らく、二層および単層の配置が考慮される場合、水反応媒体中の成分の溶解性も考慮するべきである。

表４は、ホスホネート（セット１１）のみと、ホスホネートおよびオキシ塩化ジルコニウム（セット１２）の混合物までもが、コーティングされた分極支持体の代わりに反応器に導入された場合の、到達した結果も報告する。またこれらの分析は、ＡＭＴＰの分解に基づいたプロセスを放棄する助けとなるので適切である。この場合、紫外線照射に供し、選択した還元雰囲気で反応できるＡＭＴＰの量は三層システムに必要なものよりはるかに高かった。

先行技術との比較数値
連続２０回の酸化還元サイクルの後に記録されたボルタンモグラムを図２５に示した。陽極および陰極のスキャンの領域間の類似性は、それぞれ酸化および還元プロセスに相当し、関連するが、電気化学活性を決定するために使用した。見受けられるように、ｃＨＡｐ／ｔｓｐボルタンモグラムの領域は異なるＡＣＰ／分極サンプルについて記録されたものの領域より少なくとも２０％高く、前の材料が後のサンプルよりも電荷可逆性を保管する能力が高いことを示す。さらに、最終電位および逆転電位のそれぞれで陽極および陰極の電流密度が検出される。絶対値での電流密度は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐについての方が他のサンプルについてよりも顕著に高く、酸化および還元プロセス中の電荷の移動がより高いことを反映している。この特徴は、陽極電流密度について特に注目に値する。したがって、ｃＨＡｐ／ｔｓｐについて決定された陽極電流密度は１６．８μΑｃｍ^２である一方で他のサンプルは４〜９μΑｃｍ^２の範囲である。

図２６は、第一サイクルに対して酸化還元サイクル（電気安定性（electrostability））の数とともに、電気化学活性の変動を表示する。結果は、ＡＣＰ／分極サンプルと比べｃＨＡｐ／ｔｓｐの結果が優れていることを証明する。連続した１０００回の酸化還元サイクルの後に、電気化学活性（ＬＥＡ）の損失はｃＨＡｐ／ｔｓｐについて他のサンプルと比べて少なくとも１０％低い。さらに、ｃＨＡｐ／ｔｓｐは、サイクル数と無関係にすべての場合で最も高い電気安定性を保存し、この特性はその構造に固有であることを証明する。

図２５および２６で表わされた結果は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの高度に組織されかつ規則的な構造と完全に一致していて、それはＲＭＮ観察と合致している。したがって、後者の技術によって、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの高い結晶構成を同定できるようにするだけでなく、例えば調製されかつ焼結したＨＡｐのように、残りのサンプルにおいて典型的に観察されるように、表層の近くの無秩序から生じるプロトン化表面ホスフェート基の不足を証拠づけられるようにした。

最後に、図２７の比較コントロール表は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの電気抵抗性がＡＣＰ／分極サンプルのものよりも１ケタ分小さいことを示し、これはｃＨＡｐ／ｓのものと実際に同一である（０．６７×１０^７Ω・ｃｍ^２、上述のように）。この特徴は、電気分極工程での温度の重要性を指摘する。従って表層近くのプロトンを完全に除去するためには９００℃超の温度が必要であり、電場で移動することが可能な順序だった組織および電荷欠損の両方の生成を容易にする。コントロール的に、電気抵抗性という点でのｃＨＡｐ／ｓとＡＣＰ／分極の類似性はこれらの特徴が９００℃よりも低い温度で実行される場合に達成されないことを反映する。

図２８および２９にそれぞれ示されるように、図２５および２７で試験されたサンプルは、３か月後に再評価された。

特に、すべてのサンプルの電気化学的挙動はサイクリックボルタンメトリーによって再評価された（保存は特別な配慮を行うことなく周囲条件で行われた）（図２８を参照）。結果は、図２５に表示されたボルタンモグラムとの比較で証拠づけられるように、ｃＨＡｐ／ｔｓｐ（本発明による）が実際に不変のままであることを示す。コントロール的に、他のすべてのＡＣＰ／分極サンプル（Ｎａｋａｍｕｒａら、Ｕｅｓｈｉｍａらによる）は、同一の挙動に集束し、これはｃＨＡｐ／ｓによって表示されたものに類似している。したがって、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの電気活性はＡＣＰ／分極サンプルよりも著しく高い。この特徴は、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの永久に分極された特徴と同様に分極温度の重要性を支持する。反対に３か月後にＡＣＰ／分極サンプルにおいて観察された変化は＜８５０℃の温度でもたらされた分極が永久ではなく単に一時的であることを示す。

図２９に示されるように、ｃＨＡｐ／ｔｓｐの特定の静電容量（質量の単位あたりの静電容量、ＳＣと省略）は、３か月後に８％低下（保存は特別な配慮を行うことなく周囲条件で行われた）する。コントロール的に、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者ら（Ｎａｋａｍｕｒａら、Ｕｅｓｈｉｍａら）によって調製されたＡＣＰ／分極サンプルは、５０％から６４％の範囲のＳＣの大幅な減少を示す。以前の表（図２７）から見受けられるように、ｃＨＡｐ／ｔｓｐのＳＣはＡＣＰ分極よりも１ケタ分大きい。同様の結果は電気抵抗で観察される。ｃＨＡｐ／ｔｓｐの値は、３か月後に９％増加する一方で、Ｙａｍａｓｈｉｔａおよび共同研究者らの手順を使用して調製されたＡＣＰ／分極の抵抗性は約６０〜７０％で増加する。

上記の結果を考慮すると、本発明によって得られたハイドロキシアパタイトは先行技術に開示されたものとは異なることが結論付けられる。本発明のハイドロキシアパタイトが重要な異なる挙動を示すことは実験データから明白であり、それは有効に永久分極ハイドロキシアパタイトであり、一方で先行技術に示されたものは一時的な分極ハイドロキシアパタイトでしかない。

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Claims (15)

1. 結晶度が６５％超であり、対応するＲＭＮ^３１Ｐスペクトルが図１８Ｃに示す通りである、永久分極ハイドロキシアパタイト。
2. 以下の工程：
   （ａ）７００℃〜１２００℃の温度でハイドロキシアパタイトおよび／または非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルを得る工程；
   （ｂ）９００℃〜１２００℃の温度で少なくとも１分間、２５０Ｖ〜２５００Ｖの一定もしくは可変の直流電圧、または１．４９ｋＶ／ｃｍ〜１５ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程、あるいは
   ９００℃〜１２００℃の温度で１０分未満の間、２５００Ｖ〜１５０００００Ｖの静電放電、または１４８．９ｋＶ／ｃｍ〜８９２８ｋＶ／ｃｍの等価な電場を印加する工程；
   （ｄ）前記一定もしくは可変の直流電圧、または前記等価な電場を印加している間に前記サンプルを冷却する工程、あるいは
   前記静電放電または前記等価な電場を適用している間に前記サンプルを冷却する工程
   を含んでなる、永久分極ハイドロキシアパタイト、好ましくは請求項１に記載の永久分極ハイドロキシアパタイトを得るための方法。
3. 工程ａ）で得られた前記ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルが、結晶性ハイドロキシアパタイトの焼結サンプル、非晶質ハイドロキシアパタイトの焼結サンプルおよび前記焼結サンプルの混合物からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
4. 工程ａ）で得られた前記焼結サンプルが、結晶性ハイドロキシアパタイトおよび非晶質リン酸カルシウムの焼結サンプルである、請求項２または３に記載の方法。
5. 請求項１に記載の永久分極ハイドロキシアパタイトを含んでなる組成物または材料。
6. シリケート；ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸コグリコール酸（ＰＧＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、多糖類、およびコラーゲンなどのタンパク質から選択される生体適合性ポリマー；ならびに金属イオンのうち少なくとも１種をさらに含んでなる、請求項５に記載の組成物または材料。
7. 生物医学用途における、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用であって、前記生物医学用途が、好ましくは、歯のセメント質、骨、人工器官、医療機器、薬物送達、遺伝子療法および組織再生から選択される、使用。
8. 電極としての、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用。
9. ポリマーをドープするための、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用。
10. 触媒としての、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用。
11. 前記触媒が、光電気触媒または電気触媒である、請求項１０に記載の使用。
12. 前記触媒としての使用が、有機分子、特に天然アミノ酸の合成のための反応におけるものである、請求項１０または１１に記載の使用。
13. 有機分子を吸着させるための、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用であって、前記有機分子が、好ましくは、炭水化物；アミノ酸；脂質；ＤＮＡ；ＲＮＡ；ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸コグリコール酸（ＰＧＬＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、多糖類およびタンパク質から選択される生体高分子；およびＡＴＰから選択される、使用。
14. 固体状バッテリー中の構成成分としての、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用。
15. エネルギーハーベスティングチップ内の構成成分としての、請求項５または６に記載の組成物または材料あるいは請求項１に記載の分極ハイドロキシアパタイトの使用。